ספקטרוסקופיה קיבוליות חד אלקטרונים סורקות-בדיקה

המטרה הכוללת של הניסוי הבא היא להתבונן ולפתור מרחבית את הטעינה והפריקה של אלקטרונים בודדים במערכות מוליכות בקנה מידה ננומטרי הממוקמות מתחת למשטחים לא מוליכים. זה מושג על ידי טעינת הדגימה על מיקרוסקופ בדיקה סורק קריוגני כדי להשיג טמפרטורות נמוכות ורמות רעש נמוכות, מה שמאפשר תצפית על התנהגות אלקטרונים בודדים. כשלב שני, השתמש במיקרוסקופ במצב מיקרוסקופ מנהור סריקת כדי להביא את הקצה למרחק של ננומטר אחד מהמשטח העליון של הדגימה, מה שממקם את הקצה במיקום מתאים לביצוע מדידות הקיבול.

לאחר מכן, השתמש במיקרוסקופ במצב קיבול תוך שימוש במעגלי זיהוי המטען הרגישים ביותר כדי לזהות את מטען התמונה המושרה בקצה על ידי תנועת אלקטרונים במערכת התת-קרקעית. זה מאפשר לקבוע את המבנה האלקטרוני של המערכת הקוונטית התת-קרקעית. מתקבלות תוצאות המראות אלקטרונים בודדים מנהרים לתוך ומחוץ למערכות תת-קרקעיות בקנה מידה ננומטרי.

שיאים וקיבוליות לעומת עקומות מתח מסמנים את אנרגיות התוספת של אלקטרונים. במערכת הקוונטית, התקני מוליכים למחצה הולכים וקטנים. המכשיר הקטן ביותר האפשרי הוא אטום יחיד או אטום טומאה.

מכשירים מוצעים רבים כוללים מספר קטן של נקודות אינטראקציה. השיטה שלנו יכולה לפתור את המבנה האלקטרוני הבסיסי של מערכות זעירות אלה. שיטה זו יכולה לספק תובנה לגבי המבנה האלקטרוני של דגימות תת-קרקעיות, דוקטורים ומוליכות למחצה בליבה.

זוהי שיטת קיבול, הניתנת להרחבה למגוון מדידות מקומיות בטמפרטורה נמוכה כגון מאפיינים דיאלקטריים של פני השטח ומיפוי פונקציות עבודה. ניסויים אלה נעשים על מיקרוסקופ בדיקה סורק בעל יכולת קריוגנית עם האלקטרוניקה הקשורה אליו. בנוסף לחוטים הקואקסיאליים להטיה, מתח וזרם מנהור, ודא שלפחות שני חוטים קואקסיאליים נוספים וחוט הארקה משתרעים ממתלה האלקטרוניקה לאזור הקצה של המיקרוסקופ.

אלה ישמשו להעברת אותות למגבר הקריוגני. לאחר מכן, התחל להרכיב את מעגל המגבר הקריוגני המבוסס על קנבוס טרנזיסטור ניידות אלקטרונים גבוהה. השתמש בסופר כדי לחתוך שבב של כסנטימטר על סנטימטר אחד מפרוסת גליום ארסניד.

לאחר מכן השתמש בתצהיר כדי ליצור מספר רפידות זהב של כמילימטר על מילימטר אחד על פני השטח. כעת, הכינו כאן קצה חד מחוט מתכת אצילי. חותכים אלכסוניים משמשים לחיתוך חוט אירידיום פלטינה 80 20 באמצעות אפוקסי תואם קריוגני.

חבר חוט זהב לכל אחת מרפידות הזהב על שבב הגליום ארסוניט. חוטים נוספים נוספו על השבב הזה. ניתן להסיר אותם בקלות אם אין בהם צורך בשלב זה, נקוט באמצעי זהירות כדי להימנע מהכנסת מטענים תועים.

בעבודה עם אפוקסי הקנבוס, נגד ההטיה, הקצה והקנבוס על שבב ההיתוך של גליום ארסניד. לאחר שהאפוקסי נרפא כראוי, השתמש בקשר תיל עמוס בחוט זהב כדי לחבר את רכיבי ניקוז המקור והשער של הקנבוס כדי להפריד רפידות זהב של קשר השבב. חוטים זמניים המחברים את השער ואת המקור או רפידות הניקוז כדי להבטיח שהשער לא ייטען ביחס לתעלת הניקוז של המקור.

כדי לחבר את שבב ההרכבה למיקרוסקופ, קרקע תחילה את החוטים הקואקסיאליים במיקרוסקופ, אליו יולחמו החוטים מהשבב. לאחר מכן הצמד את שבב ההרכבה על גבי צינור הפיצו הסריקה. השתמש בהלחמת אינדיום כדי לחבר את חוטי הזהב על השבב לחוטים הקואקסיאליים המתאימים.

לאחר הבדיקה, שלמות הקנבוס מעלה את המדגם. דגימה זו מותקנת על רמפות בסגנון באקה המאפשרות לה להיכנס ולצאת בתגובה למתחים המופעלים על צינורות הפיזו התומכים. עם המיקרוסקופ ומצב STM, העבר את הדגימה לטווח כדי להבטיח שהדגימה והקצה יכולים להתקרב זה לזה בהצלחה.

לאחר בדיקה מוצלחת, הרחק את הדגימה מחוץ לטווח כדי להגן על הקצה במהלך הטיפול במיקרוסקופ. כדי להתכונן לפעולה בטמפרטורה נמוכה יותר, העבירו את המיקרוסקופ מספסל המעבדה לקריוסטט. הקריוסטט צריך להיות מסוגל להשיג את טמפרטורת הבסיס הרצויה של המיקרוסקופ 4.2 קלווין ומטה.

לאחר שאיבת המיקרוסקופ לוואקום של כמה מיקרו-סיורים, הורידו סנטימטר או שניים מהמיקרוסקופ לתוך הקריוסטט והמתינו עד שהטמפרטורה תתאזן. זה יכול לקחת עד עשרות דקות. חזור על הורדת סנטימטר או שניים בכל פעם עד שהמיקרוסקופ נמצא במקומו.

תהליך הטבילה המלא יכול להימשך כמעט יום. לאחר מכן יש להשאיר את המיקרוסקופ לאיזון תרמי. לבסוף, בודד את מכלול הקריוסטט והמיקרוסקופ מרעידות.

בניסוי זה נעשה שימוש במערכת מתלים של חוט בנג'י המחוברת לקריוסטט. השתמש במערכת המתלים כדי להרים את המכלול כמה סנטימטרים מהקרקע ולשמור עליו בגובה זה. עקוב אחר הגובה כדי לדעת אם הקריוסטט שוקע וצריך להחיות אותו.

לאחר ביצוע סריקות STM, התחל מדידות מצב קיבול על ידי השבתת לולאת המשוב בבקר STM כשהקצה נסוג. כמה עשרות ננומטרים ממיקום ה-STM שלו מקזזים את המיקום הצדדי של הקצה לאזור של הדגימה, שלא נסרק לאחרונה. כדי להעביר את תצורת החיווט למצב קיבול, ראשית, הגן על הקנבוס על ידי הארקת כל החוטים הקואקסיאליים.

סיום החוטים עם מחברי T מאפשר לחוטים להישאר מוארקים בזמן שנוצרים חיבורים אחרים. לאחר מכן, חבר את החוטים הקואקסיאליים למקורות מתח ונגדים רלוונטיים, המנעול והמגבר ומחולל הפונקציות. הגדר את כל מקורות המתח לאפס והפעל אותם.

נתק את החוטים הקואקסיאליים תוך הקפדה על שחרור חוט השער. אחרון כדי להגן על הקנבוס, הגדל את מקורות המתח לרמות הרצויות. כוונן את הקנבוס ונעל מגבר לביצועים מיטביים.

ואז המתן עד שהקנבוס יתייצב. בשלב זה ניתן לבצע סריקה, הדמיית הצטברות מטען וספקטרוסקופיה של מתח קיבול. זוהי דוגמה לתמונת צבירת מטען.

הדגימה הייתה מסוממת בסיליקון עם מקבלי בורון עם צפיפות אווירית של 1.7 כפול 10 עד 15 למטר בריבוע בשכבת סם דלתא 15 ננומטר מתחת לפני השטח ב-4.2 קלווין. כפי שמצוין על ידי הסולם, צבעים בהירים יותר מצביעים על טעינה מוגברת. הכתמים הבהירים מתפרשים כמסמנים את מיקומם של אטומי בורון תת-קרקעיים בודדים.

הנקודה הכחולה מציינת נקודה בהירה מסוימת שבה בוצעה ספקטרוסקופיה של נקודה C לעומת V. השיא הגדול ביותר בנתוני C לעומת V מתפרש כמטען שנכנס לדואין ישירות מתחת לקצה הפסגות הסמוכות נובעות מנקודות סמוכות. המרכזים שלהם מוזזים באמפליטודות מופחתות ביחס לפסגה הראשית.

בשל מרחק מוגבר של סיכות ה-DO. הפסגות מורחבות לאורך ציר המתח על ידי השפעות שנלקחו בחשבון במודל שפותח כפי שמצוין על ידי ההסכמה של עקומת המודל עם הנתונים. נתוני הספקטרוסקופיה C לעומת V המוצגים כאן הם עבור סם דלתא גליום ארסניד עם שכבה של תורמי סיליקון בצפיפות אווירית, 1.25 כפול 10 עד 16 למטר מרובע, הממוקם 60 ננומטר מתחת לפני השטח ב-300 מיליקלווין.

הוא גם מציג סדרה של שיאי טעינה, שרובם תואמים לקבוצות של אלקטרונים רבים שנכנסים ויוצאים מהפתח שיא אלקטרונים בודד מסומן עם החץ האדום. הנתונים מימין הם ממדידות חוזרות ונשנות של השיא המצוין על ידי החץ האדום בחלקה משמאל. כאשר הנתונים מחושבים, מתבצעת התאמה ומוצגת כאן בירוק.

עקומת התאמה זו תואמת את הצורה הצפויה לשיא אלקטרון בודד בתנאי הניסוי. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב את ההיבטים המעשיים של ביצוע מדידות קיבול אלקטרונים בודדים תוך כדי ניסיון הליך זה. חשוב לזכור להימנע מהרס הקנבוס הרגיש על ידי נקיטת צעדי זהירות למניעת הצטברות סטטית בין השער לתעלת הניקוז של המקור.