ספקטרוסקופיה קיבוליות חד אלקטרונים סורקות-בדיקה

Summary

ספקטרוסקופיה הקיבול יחידה אלקטרונים סורקות-בדיקה מאפשרת חקר תנועת אלקטרון בודד מתחת לפני הקרקע באזורים מקומיים. מעגל אחראי לזיהוי רגיש הוא שולב מיקרוסקופ סריקת בדיקה קריוגני לחקור מערכות קטנות של אטומים dopant מתחת לפני השטח של דגימות מוליכים למחצה.

Abstract

שילוב של טכניקות סריקת בדיקה טמפרטורה נמוכה וספקטרוסקופיה הקיבול יחידה אלקטרונים מייצג כלי רב עוצמה כדי לחקור את המבנה האלקטרוני של קוונטי מערכות קטנות - כולל dopants האטומי הבודדים במוליכים למחצה. כאן אנו מציגים שיטה המבוססת על קיבול, המכונה חיוב צבירה (SCA) הדמיה מתחת לפני קרקע, שהוא מסוגל לפתור טעינה בודדות, תוך השגת אלקטרונים ברזולוציה מרחבית מספיקה כדי dopants האטומי הבודדים תמונה. השימוש בטכניקה מאפשרת תצפית קיבול של תכונות מתחת לפני הקרקע, כגון dopants קבור ננומטרים רבים מתחת לפני השטח של חומר מוליך למחצה ^1,2,3. באופן עקרוני, בטכניקה זו יכולה להיות מיושמת על כל מערכת כדי לפתור את תנועת אלקטרונים מתחת לפני השטח מבודד.

כמו בטכניקות סרוקה-בדיקה חשמלית תחום רגיש אחרות ^4, ברזולוציה מרחבית לרוחב של המדידה תלויה בחלקה ברדיוס של curvaturדואר של הקצה החללית. בעזרת טיפים עם רדיוס קטן של עקמומיות יכולה לאפשר רזולוציה מרחבית של כמה עשרות ננומטרים. רזולוציה המרחבית בסדר זה ​​מאפשרת חקירות של מספרים קטנים (עד אחד) של ^1,2 dopants מתחת לפני הקרקע. הרזולוציה תשלום תלויה במידה רבה ברגישות של מעגלי גילוי המטען; באמצעות טרנזיסטורים ניידות אלקטרונים גבוהים (HEMT) במעגלים כאלה בקירור מאפשר רגישות של כ 0.01 אלקטרונים / הרץ ^½ ב 0.3 K ^5.

Introduction

צבירת הדמיה חיוב מתחת לפני הקרקע (SCA) היא שיטה בטמפרטורה נמוכה מסוגלות לפתור אירועי טעינה בודדות אלקטרונים. כאשר פנה למחקר של אטומים dopant במוליכים למחצה, השיטה יכולה לזהות אלקטרונים בודדים הנכנסים לאטומים תורמים או acceptor, המתיר אפיון של המבנה הקוונטי של מערכות הזעירות אלה. בלב שלה, SCA הדמיה היא מדידת קיבול מקומית ⁶ מתאימה היטב למבצע קריוגני. בגלל קיבול מבוסס על שדה חשמלי, זה השפעה לטווח ארוך שיכול לפתור טעינה מתחת בידוד משטחים ^6. מבצע קריוגני מאפשר חקירה של ריווח רמה הקוונטית תנועה אחת אלקטרון וזה יהיה בלתי פתיר ^ב1,2 טמפרטורת החדר. הטכניקה יכולה להיות מיושמת על כל מערכת שבה תנועת אלקטרוני....

Protocol

1. פרוטוקול

1. הגדרה ראשונית של מיקרוסקופ ואלקטרוניקה
   1. תתחיל עם מיקרוסקופ סריקת בדיקה קריוגני שמסוגל להריץ עם אלקטרוניקה שליטה כרוכה בכך. המיקרוסקופים המשמשים למחקר המתואר כאן להשתמש בתרגום אינרציה "ללכת" לקראת המדגם והרחק מהקצה לאורך רמפות ¹³ (עשוי מחומר ניצוח כגון נחושת, פליז, או נירוסטה כדי לאפשר להם לשדר מתח הטיה ל לדוגמה), כחלק מעיצוב STM Besocke ^14, הראה סכמטי באיור 2.

Results

המדד הראשי של מדידה מוצלחת הוא שחזור, כמה שיותר בשיטות בדיקה סריקה אחרות. מדידות חוזרות הן חשובים מאוד מסיבה זו. לספקטרוסקופיה קיבול הנקודה, במדידות רבות ברציפות באותו המקום עוזרת להגדיל את יחס אות לרעש ולזהות אותות מזויפים.

ברגע שתכונה של עניין זוהתה בתוך תמונת הצטברות המטען וספקטרוסקופיה הקיבול שבוצעה, פרשנות של נתוני קורות החיים מתחילה בקביעת זרוע מנוף המתח. זרוע מנוף המתח הוא גורם קנה המידה הנוגע פוטנציאל הממ.......

Discussion

הסבר מפורט של הבסיס התיאורטי לשיטה ניסיונית זו ניתן בהפניות 8 ו -9 ודן ביחס לתרחיש של dopants מתחת לפני הקרקע בעיון 2; הסקירה המובאת כאן על כן תהיה קצרה ורעיונית. הקצה הוא כאל צלחת אחת קבלים, ואת שכבת ניהול שבבסיס המדגם כולל את הצלחת האחרת. אם מתח DC מוחל כאלה שהאלקטרונים נמשכים לכיוון הקצה, ואם יש אטום dopant ממוקם בין השכבה הבסיסית ניצוח וטיפ שיכול להכיל תשלום נוסף, ואז האלקטרון ייכנס dopant ומכאן להתקרב אל טיפ. מאלקטרוסטטיקה, התנועה של אלקטרונים זה חייבת לגרום לתשלום תמונה של ה.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Equipment
Besocke-design STM	הפניות מותאמות אישית		14 ו-15
אלקטרוניקת בקרה עבור STM	RHK Technology	SPM 1000 Revision 7
מגבר נעילה סטנפורד	מערכות מחקר	SR830
עוקב עקומות	Tektronix	Type 576
אוסילוסקופ	Tektronix	TDS360
מולטימטר	Tektronix	DMM912
מחבר חוטים	WEST· BOND	7476D	עם בקר טמפרטורה K~1200D
ברזל הלחמה	MPJA	301-A
Cryostat	Oxford Instruments	Heliox
<חזק>חומר
Pt/Ir חוט, 80:20	nanoScience Instruments	201100
GaAs רקיק	axt	S-I	לשבב
99.99% חוט Au, קוטר 2 מיל	SPM		לשבב ההרכבה
99.99% חוט Au, קוטר 1 מיל	K& S		להדבקת חוטים
זריקת אינדיום	אלפא Aesar	11026
אפוקסי כסף	Epo-Tek	EJ2189-LV	כל אפוקסי מוליך תואם טמפרטורה נמוכה מקובל
HEMT	פוג'יטסו	רעש נמוך HEMT