Tarama-prob Tek elektron Kapasite Spektroskopisi

Kathleen A. Walsh; Megan E. Romanowich; Morewell Gasseller; Irma Kuljanishvili; Raymond Ashoori; Stuart Tessmer

doi:10.3791/50676

Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.

Yöntem makalesi

Tarama-prob Tek elektron Kapasite Spektroskopisi

12.6K görüntülenme

⸱

DOI:

10.3791/50676

⸱

30 Temmuz 2013

Kathleen A. Walsh¹ , Megan E. Romanowich¹ , Morewell Gasseller¹^,² , Irma Kuljanishvili¹^,³ , Raymond Ashoori⁴ , Stuart Tessmer¹

¹Department of Physics and Astronomy, Michigan State University, ²Department of Chemistry & Biochemistry/Physics, Mercyhurst University, ³Department of Physics, Saint Louis University, ⁴Department of Physics, Massachusetts Institute of Technology

Bu makalede

Özet

Tarama-prob tek elektron kapasite spektroskopisi lokalize yeraltı bölgelerde tek elektron hareket çalışma kolaylaştırır. Hassas bir şarj-algılama devre yarıiletken numune yüzeyinin altında dopant atomların küçük sistemleri araştırmak için bir kriyojenik tarama prob mikroskobu içine dahil edilmiştir.

Özet

Yarı iletkenler tek tek atom dopants dahil olmak üzere - düşük sıcaklık tarama-probu teknikleri ve tek elektron kapasite spektroskopisi entegrasyonu küçük sistemlerin elektronik kuantum yapısını incelemek için güçlü bir araç temsil eder. Burada görüntü bireysel atom dopants için yeterli uzaysal çözünürlüğü elde ederken tek elektron şarj çözme yeteneğine sahip olan Yeraltı Şarj Birikim (SCA) görüntüleme, olarak bilinen bir kapasite-tabanlı bir yöntem sunuyoruz. Bir kapasite tekniğin kullanılması gibi bir yarı iletken malzeme ^1,2,3 yüzeyinin altında birçok nanometre gömülü dopants gibi yeraltı özellikleri, gözlem sağlar. Prensip olarak, bu teknik, bir yalıtım yüzeyi altında elektron hareket çözmek için herhangi bir sisteme uygulanabilir.

Diğer elektrik alan-duyarlı bir taranmış-prob teknikleri ⁴ de olduğu gibi, ölçüm yanal uzaysal çözünürlüğü curvatur yarıçapı üzerinde kısmen bağlıdırprob ucunun e. Eğrilik küçük yarıçaplı ipuçlarını kullanarak nanometre birkaç onlarca uzaysal çözünürlüğü etkinleştirebilirsiniz. Bu iyi uzaysal çözünürlüğü yeraltı dopants ^1,2 az sayıda incelenmesi (aşağı birine) sağlar. Şarj çözünürlük ücret belirleme devresinin duyarlılığı büyük ölçüde bağlıdır; kriyojenik sıcaklıklarda bu devrelerde yüksek elektron hareketliliğine sahip transistör (HEMT) kullanarak yaklaşık 0.01 elektron / Hz bir duyarlılık sağlayan ^½ 0,3 K ^5..

Giriş

Yer altı yük birikiminin (SCA) görüntüleme tek elektron şarj olaylar çözme yeteneğine sahip bir düşük sıcaklıkta bir yöntemdir. Iletkenlerde dopant atomlu çalışma uygulandığında, bu yöntem bu dakika sistemlerin kuantum yapısı karakterizasyonu izin veren, donör ve akseptör atomuna giren tek elektron algılayabilir. Onun kalbinde, SCA görüntüleme yerel bir kapasite ölçüm ⁶ kriyojenik çalışma için çok uygundur. Kapasite elektrik alan dayalı olduğu için, bu yüzeylerde ⁶ yalıtım altında şarj çözebilirsiniz uzun menzilli etkisidir. Kriyojenik işlem oda sıcaklığında ^1,2 de çözümlenemeyen olacağını tek elektron hareket ve kuantum seviyesinde b....