Articolo metodologico

Tutto-elettronico nanosecondo-risolto scansione microscopio a effetto tunnel: Agevolare le indagini di drogante singola carica dinamica

DOI:

10.3791/56861

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19 gennaio 2018

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1Department of Physics, University of Alberta, 2National Institute for Nanotechnology, National Research Council of Canada, Edmonton, 3Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter, 4Max Planck Institute for Solid State Research, 5Department of Physics and Astronomy, University of Manitoba, 6Joint Attosecond Science Laboratory, University of Ottawa

In questo articolo

Sommario

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Dimostriamo un metodo tutto-elettronico per osservare le dinamiche di nanosecondo-risolto carica degli atomi di drogante nel silicio con un microscopio a effetto tunnel.

Abstract

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La miniaturizzazione dei dispositivi a semiconduttore alle scale dove un piccolo numero di droganti possa controllare le proprietà della periferica richiede lo sviluppo di nuove tecniche in grado di caratterizzare la loro dinamica. Indagando su singole droganti richiede risoluzione spaziale sub-nanometrica, che motiva l'uso di microscopia a scansione (STM). Tuttavia, STM convenzionale è limitata alla risoluzione temporale di millisecondo. Diversi metodi sono stati sviluppati per superare questa carenza, tra cui tutto-elettronico STM risolta in tempo, che viene utilizzato in questo studio per esaminare la dinamica di drogante nel silicio con risoluzione nanosecondo. I metodi presentati qui sono ampiamente accessibili e permettono per misura locale di una vasta gamma di dinamica su scala atomica. Un romanzo tempo-risolta scanning tunneling tecnica di spettroscopia è presentato e utilizzato per cercare in modo efficace per dynamics.

Introduzione

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Scansione a effetto tunnel (STM) la microscopia è diventato lo strumento premier in nanoscience per la sua capacità di risolvere su scala atomica topografia e struttura elettronica. Una limitazione di STM convenzionale, tuttavia, è che la risoluzione temporale è limitata alla scala cronologica millisecondo a causa della limitata larghezza di banda del preamplificatore attuale1. E ' stato a lungo un obiettivo di estendere la risoluzione temporale di STM per le scale su cui comunemente si verificano processi atomici. Il pionieristico lavoro in microscopia a scansione (TR-STM) risolto tempo da Freeman et al. 1 util....

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Protocollo

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1. il primo Setup di microscopio e gli esperimenti

  1. Iniziare con un'altissima STM criogenico capace di vuoto e software di controllo associato. Raffreddare la STM a temperature criogeniche.
    Nota: In questo rapporto, vuoto ultraelevato si riferisce a sistemi che raggiungere < 10 x 10-10 Torr. La STM deve essere raffreddato a temperature criogeniche; Ciò è particolarmente importante quando studia le dinamiche di carica di droganti, che sono attivati termicamente a temperature modeste. Altre camere possono essere a temperatura ambiente.
  2. Assicurarsi che la punta STM è dotata di cablaggio ad alta frequenza (~ 500 MHz).
    Nota: Utilizzando ....

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Risultati

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I risultati presentati in questa sezione del testo sono stati precedentemente pubblicati15,16. Nella figura 3 viene illustrato il comportamento di un esempio selezionato DB con STM convenzionali. Una misurazione perpendicolarmente convenzionale (Figura 3A) rappresenta chiaramente un brusco cambiamento nella conduttanza del DB a Vthr = -2,0 V. Questo co.......

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Discussione

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La variante del TR-STS in cui non viene applicato l'impulso di pompa è paragonabile a STS convenzionale, ad eccezione del fatto che il sistema viene campionato ad alta frequenza, piuttosto che continuamente. Se le durate degli impulsi di sonda sono appropriate (>ΓLH), il TR-STS segnale acquisito senza l'impulso di pompa può essere moltiplicato per una costante proporzionale al ciclo di dovere dell'esperimento in modo da coincidere esattamente con un convenzionale STS unità di misura. Questo è possibil.......

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Dichiarazioni

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Gli autori dichiarano di non avere nessun concorrenti interessi finanziari.

Ringraziamenti

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Vorremmo ringraziare Martin Cloutier e Mark Salomons per la loro competenza tecnica. Ringraziamo anche NRC, NSERC e AITF sostegno finanziario.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Microscopio a scansione a effetto tunnel a bassa temperaturaScientaomicronRealizzato su misura con cablaggio a larghezza di banda di 500 MHz
Funzione arbitararia GenoratorTektronixAFG3252C
Splitter / Combinatore di potenza RFMini-circuitiZFRSC-42-S +
RF SwitchX80-DR230-S +
Pirometri a infrarossi senza contattoMicron InfrarossoMI 140

Riferimenti

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  1. Nunes, G., Freeman, M. R. Picosecond resolution in scanning tunneling microscopy. 262 (5136), Science. New York, N.Y. 1029-1032 (1993).
  2. Khusnatdinov, N. N., Nagle, T. J., Nunes, G. Ultrafast scanning tunneling microscopy with 1 nm resolution. Appl. Phys. Lett. 77 (26), 4434-4436 (2000).
  3. Takeuchi, O., Morita, R., Yamashita, M., Shigekawa, H.

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Ristampe e permessi

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STM a risoluzione temporaledinamica di singoli dopantirisoluzione nanosecondariaspettroscopia pump probelegami pendenti del siliciomisurazione della corrente di tunnelingdinamica su scala atomicasoppressione dell oscillazione elettronica

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