Sonda de barrido de un solo electrón espectroscopia de capacitancia

Summary

Sonda de barrido espectroscopía capacitancia solo electrón facilita el estudio del movimiento de un solo electrón en regiones bajo la superficie localizados. Un circuito de carga-detección sensible se incorpora en un microscopio de sonda de barrido criogénico para investigar pequeños sistemas de átomos de dopante debajo de la superficie de las muestras de semiconductores.

Abstract

La integración de técnicas de sonda de barrido de baja temperatura y espectroscopia de capacitancia de un solo electrón representa una poderosa herramienta para estudiar la estructura cuántica electrónica de pequeños sistemas - incluyendo dopantes atómicas individuales en los semiconductores. Aquí se presenta un método basado en la capacitancia, conocida como acumulación de carga subsuperficial (SCA) de imágenes, que es capaz de resolver la carga de un solo electrón, mientras que el logro de una resolución espacial suficiente para imagen dopantes atómicas individuales. El uso de una técnica de capacitancia permite la observación de las características del subsuelo, tales como agentes de dopado enterrados muchos nanómetros por debajo de la superficie de un material semiconductor ^1,2,3. En principio, esta técnica se puede aplicar a cualquier sistema para resolver movimiento de los electrones por debajo de una superficie aislante.

Al igual que en otras técnicas de escaneado-sonda de campo eléctrico sensibles a la ^4, la resolución espacial lateral de la medición depende en parte de la radio de curvature de la punta de la sonda. Utilizando puntas con un pequeño radio de curvatura puede habilitar la resolución espacial de unas pocas decenas de nanómetros. Esta buena resolución espacial permite la investigación de pequeñas cantidades (hasta las) de dopantes subsuelo ^1,2. La resolución de carga depende en gran medida de la sensibilidad de la circuitería de detección de carga; utilizando transistores de alta movilidad de electrones (HEMT) en dichos circuitos a temperaturas criogénicas permite una sensibilidad de aproximadamente 0.01 electrones / Hz ^½ a 0,3 K ^5.

Introduction

Acumulación de imágenes de carga del subsuelo (SCA) es un método de baja temperatura capaz de resolver los eventos de carga de un solo electrón. Cuando se aplica al estudio de los átomos de dopante en los semiconductores, el método puede detectar electrones individuales que entran en átomos donantes o aceptor, permitiendo la caracterización de la estructura cuántica de estos sistemas minutos. En su corazón, SCA formación de imágenes es una medición de la capacidad local de ⁶ bien adaptado para la operación criogénica. Debido a que la capacitancia se basa en el campo eléctrico, que es un efecto de largo alcance que puede resolver de carga por debajo de las ....

Protocol

1. PROTOCOLO

1. La configuración inicial del microscopio y de la electrónica
   1. Comience con un microscopio de sonda de barrido criogénica con capacidad de la electrónica de control asociados. Los microscopios utilizados para la investigación que se describe aquí utiliza la traducción de inercial a "caminar" la muestra hacia y lejos de la punta a lo largo de las rampas ¹³ (hecho de un material conductor tal como cobre, latón o acero inoxidable para que puedan transmitir tensión de polarización a la de la muestra) como parte de un STM diseño Besocke ^14, que se muestra esquemáticamente en la Figura 2.
   2. Ademá....

Results

El principal indicador de medición de éxito es la reproducibilidad, tanto como en otros métodos de sonda de barrido. Las medidas repetidas son muy importantes por esta razón. Para la espectroscopia de capacitancia punto, teniendo muchas mediciones en sucesión en la misma ubicación ayuda a aumentar la relación señal-a-ruido e identificar señales espurias.

Una vez que una característica de interés se ha identificado dentro de la imagen de acumulación de carga y la espectroscopia de capacitanci.......

Discussion

Una explicación detallada de la base teórica de este método experimental se dan en las referencias 8 y 9 y discutido con respecto al escenario de dopantes del subsuelo en la Referencia 2; la información general que aquí se presenta por lo tanto, ser breve y conceptual. La punta se trata como una placa de un condensador, y la capa conductora subyacente a la muestra comprende la otra placa. Si se aplica la tensión de CC de modo que los electrones son atraídos hacia la punta, y si hay un átomo de dopante situada entre la c.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Equipment
Besocke-design STM	Custom		References 14 y 15
Electrónica de control para STM	RHK Technology	SPM 1000 Revisión 7
Amplificador de bloqueo	Stanford Research Systems	SR830
Trazador de	curvas Osciloscopio Tektronix	Tipo 576
	Multímetro Tektronix	TDS360
	Tektronix	DMM912
Soldador de alambre	WEST· BOND	7476D	con controlador de temperatura K~1200D
Soldador	MPJA	301-A
Cryostat	Oxford Instruments	Heliox
Material
Pt/Ir hilo, 80:20	nanoScience Instruments	201100
GaAs wafer	axt	S-I	Para el chip
Alambre de 99.99% Au, 2 milésimas de pulgada de diámetro	SPM		Para el chip de montaje
Alambre de 99.99% Au, 1 milésima de pulgada de diámetro	K& S		Para la unión de alambres
Granalla de indio	Alfa Aesar	11026
Epoxi de plata	Epo-Tek	EJ2189-LV	Cualquier epoxi conductor compatible con bajas temperaturas es aceptable
HEMT	Fujitsu	Low Noise HEMT