Tarama-prob Tek elektron Kapasite Spektroskopisi

Summary

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.

Abstract

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..

Introduction

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....

Protocol

1. PROTOKOL

1. Mikroskop ve elektronik başlangıç ​​kurulumu
   1. Ilişkili kontrol elektroniği ile bir kriyojenik özellikli tarama prob mikroskobu ile başlayın. Araştırma için kullanılan mikroskoplar burada uzak rampaları ¹³ (onları için önyargı gerilim iletimi sağlamak için bakır, pirinç veya paslanmaz çelik gibi bir iletken malzemeden yapılmış boyunca ucundan doğru örnek "yürüyüş" için atalet çeviri kullanımı ve tarif Şekil 2'de şematik olarak gösterildiği gibi bir dizayn Besocke STM ¹⁴ bir parçası olarak, örnekleme).
   2. Önyargı gerilim ve tünel mevcut koaksiyel kablo ek olarak, hassas ücret tespiti için ....

Results

Başarılı bir ölçü göstergesi baş çok diğer tarama prob yöntemlerde olduğu gibi, yeniden üretilebilirlik olup. Tekrarlanan ölçümler bu nedenle çok önemlidir. Nokta kapasitans spektroskopisi için, aynı yerde arka arkaya birçok ölçümler alarak sinyal-gürültü oranı artırmak ve sahte sinyaller belirlemeye yardımcı olur.

Ilgi çekici bir özelliği, yük birikiminin görüntü içinde tespit edilmiştir ve kapasitans spektroskopisi gerçekleştirildikten sonra, CV verilerin yorumlanması gerilim kolu belirlen.......

Discussion

Bu deneysel yöntem için kuramsal temelleri ayrıntılı bir açıklama Referanslar 8 ve 9'da verilen ve Referans 2 yeraltı güçlendiricilerin senaryoya göre tartışılmıştır, burada sunulan genel bakış bu nedenle kısa ve kavramsal olacaktır. Bir ucu bir kapasitör plaka ve örnek diğer levha ihtiva yatan iletken tabaka olarak kabul edilir. DC gerilim uygulanırsa şekilde elektron ucuna doğru çekilir, ve ek bir ücret alabildiği temel iletken tabakası ve ucu arasında yer alan dopant atomu varsa, daha sonra elektron dopant girece.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Equipment
Besocke-design STM	Özel		Referansları 14 ve 15
RHK Teknolojisi	için kontrol elektroniği	SPM 1000 Revizyon 7
Kilitli amplifikatör	Stanford Araştırma Sistemleri	SR830
Eğri izleyici	Tektronix	Type 576
Osiloskop	Tektronix	TDS360
Multimetre	Tektronix	DMM912
Tel bağlayıcı	BATI & orta nokta; K	~ 1200D sıcaklık kontrol cihazı ile	7476D
Lehimleme demiri	MPJA	301-A
Kriyostat	Oxford Instruments	Heliox
Malzeme
Pt/Ir tel, 80:20	nanoScience Instruments	201100
GaAs gofret	axt	SI	Montaj çipi için
%99,99 Au teli, 2 mil çapında	SPM		Montaj çipi için
%99,99 Au teli, 1 mil çapında	K& S		Tel yapıştırma için
İndiyum bilye	Alfa Aesar	11026
Gümüş epoksi	Epo-Tek	EJ2189-LV	Herhangi bir düşük sıcaklığa uyumlu iletken epoksi kabul edilebilir
HEMT	Fujitsu	Düşük Gürültü HEMT