جميع الإلكترونية حل النانوسيكند المسح نفق مجهرية: تسهيل التحقيق في ديناميات تهمة يستعمل واحدة

المسح النفقي مجهرية (STM) أصبح أداة رئيس الوزراء في الحفز لقدرته على حل المقياس الذري التضاريس وبنية إلكترونية. واحد الحد من تحقيق الاستقرار والانتساب التقليدية، غير أن قرارها الزماني مقيد إلى مقياس ميلي ثانية واحدة بسبب محدودية عرض النطاق الترددي المضخم الحالي¹. منذ أمد بعيد هدف تمديد القرار الزماني لتحقيق الاستقرار والانتساب إلى المقاييس التي تحدث بها عمليات الذري عادة. رائدة العمل الوقت–حل الفحص المجهري نفق (TR-تحقيق الاستقرار والانتساب) قبل فريمان et al. ¹ تستخدم رموز التبديل المكبسلة وخطوط نقل الشريط منقوشة على العينة إرسال نبضات الجهد بيكوسيكوند إلى مفترق نفق. قد استخدمت هذا الأسلوب خلط مفرق لتحقيق قرارات متزامنة من 1 نانومتر و 20 ps²، ولكن قد ابدأ اعتمدت على نطاق واسع نظراً لاشتراط استخدام الهياكل المتخصصة عينة. لحسن الحظ، يمكن أن يعمم البصيرة الأساسية المكتسبة من هذه الأشغال إلى العديد من تقنيات حل الوقت؛ على الرغم من عرض النطاق الترددي للدوائر تحقيق الاستقرار والانتساب ليقتصر على عدة كيلوهرتز، تسمح الاستجابة I(V) غير الخطية في تحقيق الاستقرار والانتساب ديناميات أسرع يكون سبر بقياس متوسط النفق الحالي تم الحصول عليها عبر العديد من دورات المضخة-التحقيق. في السنوات الفاصلة، تم استكشاف العديد من النهج، واستعرض الأكثر شعبية التي هي بإيجاز أدناه.

هزت-نبض-زوج-متحمس الموحدة (سبكس) يستفيد من التطورات في تكنولوجيات الليزر النبضي فائق السرعة لتحقيق القرار picosecond الفرعية بإضاءة مباشرة تقاطع نفق ومثيرة الناقلين في عينة³. ضوء الليزر حادث يخلق ناقلات الحرة التي تعزز عابر التوصيل، والتحوير للتأخير بين المضخة والتحقيق (تي_د) يسمح دأنا/dتي_د تقاس بقفل في مكبر الصوت. لأن التأخير بين المضخة والتحقيق وهو التضمين بدلاً من كثافة الليزر، كما هو الحال في العديد من النهج البصرية الأخرى، يتجنب سبكس-تحقيق الاستقرار والانتساب صور المستحثة بالإضاءة التمدد الحراري ل تلميح³. ملحقات أكثر حداثة لهذا النهج قد مددت الجداول الزمنية التي يمكن استخدام سبكس-تحقيق الاستقرار والانتساب للتحقيق ديناميكية باستخدام تقنيات النبض-الانتقاء لزيادة نطاق التحقيق مضخة التأخير مرات⁴. الأهم من ذلك، يوفر هذا التطور الأخير أيضا القدرة على قياس منحنيات أنا(تي_د) مباشرة وليس عن طريق التكامل العددي. وشملت التطبيقات الحديثة لتحقيق الاستقرار والانتساب-سبكس دراسة جزئ الناقل في واحد-(مينيسوتا، Fe)/GaAs(110) هياكل ديناميات GaAs⁶⁵ والجهات المانحة. التطبيقات لتحقيق الاستقرار والانتساب-سبكس تواجه بعض القيود. إشارة تدابير تحقيق الاستقرار والانتساب-سبكس يعتمد على ناقلات الحرة متحمس بالنبضات الضوئية وهو الأنسب لأشباه الموصلات. بالإضافة إلى ذلك، على الرغم من أن الإنفاق الحالي مترجمة إلى الحافة، نظراً لأن منطقة كبيرة هو متحمس بالنبضات الضوئية، هو الإشارة الالتواء من الخصائص المحلية ونقل المواد. أخيرا، تم إصلاح التحيز عند التقاطع في مقياس القياس حيث أن ديناميات قيد الدراسة يجب أن تكون فوتويندوسيد.

تقنية بصرية أكثر حداثة، تيراهيرتز تحقيق الاستقرار والانتساب (تهز-الموحدة)، الأزواج البقول تهز الفضاء الحر وركزت على مفترق الطرق إلى تحقيق الاستقرار والانتساب. خلافا في سبكس-تحقيق الاستقرار والانتساب، تتصرف البقول يزوج كنبضات الجهد بسرعة مما يسمح لتحقيق الجسيمات إلكترونيا مدفوعة ب قرار picosecond الفرعية⁷. من المثير للاهتمام، الحالي تصحح ولدت من البقول تهز النتائج في الذروة القصوى الحالية الكثافة لا يمكن الوصول إليها بتحقيق الاستقرار والانتساب التقليدية^8،9. وقد استخدمت التقنية مؤخرا دراسة الإلكترونات الساخنة في Si(111)-(7×7)⁹ والصورة اهتزاز جزيء واحد بينتاسيني¹⁰. البقول تهز زوجين بطبيعة الحال إلى الحافة، بيد ضرورة إدماج مصدر تهز لتجربة تحقيق الاستقرار والانتساب المحتمل أن يكون تحديا للعديد من المجربون. وهذا يحفز تطوير تقنيات أخرى للتطبيق على نطاق واسع وقابلة للتطبيق بسهولة.

في عام 2010، لوث et al. ¹¹ تطوير أسلوب جميع إلكترونية حيث ضخ النانوسيكند نبضات الجهد المطبق على رأس إزاحة DC إلكترونيا والتحقيق أن النظام¹¹. الأخذ بهذا الأسلوب عرضت مظاهرة حرجة تطبيقات واضحة وعملية لحل وقت تحقيق الاستقرار والانتساب لقياس الفيزياء مخفي مسبقاً. على الرغم من أنها ليست أسرع مفرق خلط تحقيق الاستقرار والانتساب، التي سبقته، تطبيق نبضات الموجات الدقيقة لنصيحة STM تصاريح عينات عشوائية التحقيق. هذا الأسلوب لا يتطلب أي منهجيات بصرية معقدة أو الضوئية الوصول إلى مفترق طرق تحقيق الاستقرار والانتساب. وهذا يجعل من أسلوب أسهل للتكيف مع انخفاض درجة الحرارة STMs. وطبقت الدراسة تدور-الديناميات التي استخدمت فيها STM تدور الاستقطاب لقياس ديناميات الاسترخاء تدور-الدول متحمس ب نبضات المضخة¹¹المظاهرة الأولى من هذه التقنيات. حتى وقت قريب، تطبيقها، ظلت محدودة للمغناطيسية أداتوم نظم^12،،من¹³¹⁴ ولكن لديه منذ تم تمديد الدراسة معدل الالتقاط الناقل من فجوة منتصف منفصلة الدولة¹⁵ وتهمة ديناميات من الزرنيخ واحد دوبانتس في^15،السليكون¹⁶. الدراسة الأخيرة هو أن التركيز في هذا العمل.

دراسات عن خصائص دوبانتس واحد في أشباه الموصلات مؤخرا قد اجتذبت اهتماما كبيرا لأكسيد معدني متمم (CMOS) الأجهزة الآن بإدخال النظام حيث دوبانتس واحد يمكن أن تؤثر على خصائص الجهاز¹⁷ . وبالإضافة إلى ذلك، أثبتت دراسات عديدة أن دوبانتس واحد يمكن أن تخدم كمكون أساسي للأجهزة المستقبلية، على سبيل المثال المكدسة ل حساب الكم¹⁸ والكم الذاكرة¹⁹، ذرة واحدة ترانزستور^{20 , 15}-أجهزة المستقبل قد تتضمن أيضا غيرها من العيوب الحجم الذري، مثل السيليكون التعلق بوند (DB) التي يمكن تكييفها مع الدقة الذرية مع تحقيق الاستقرار والانتساب الطباعة الحجرية²¹. وتحقيقا لهذه الغاية، قد اقترحت كتهمة المكدسة²²، نقاط الكم الكم الآلات الخلوية أبنية^23،24، و^25،أسلاك الذري²⁶ DBs وقد تم نقش لإنشاء بوابات الكم منطق هاملتون²⁷ و^28،الجزيئات الاصطناعية²⁹. التحرك إلى الأمام، قد تتضمن أجهزة دوبانتس واحدة و DBs. وهذا استراتيجية جذابة سبب DBs العيوب السطحية التي يمكن بسهولة وتتميز بتحقيق الاستقرار والانتساب ويستخدم كمؤشر لتوصيف الأجهزة يستعمل واحدة. كمثال على هذه الاستراتيجية، تستخدم DBs في هذا العمل كأجهزة استشعار المسؤول للاستدلال ديناميات مشحون دوبانتس القريبة من السطح. هذه الديناميات التي تم التقاطها باستخدام نهج كل الإلكترونية TR-تحقيق الاستقرار والانتساب التي مقتبسة من التقنيات التي طورتها لوث et al. ¹¹

وتجري القياسات على DBs المحدد على سطح Si(100)-(2×1) هيدروجين إنهاؤها. يستعمل استنفاد منطقة تمتد حوالي 60 نيوتن متر تحت سطح الأرض، التي تم إنشاؤها عن طريق المعالجة الحرارية ل الكريستال³⁰، decouples الديسيبل ودوبانتس القريبة من السطح المتبقية القليلة من العصابات الأكبر. وقد وجدت الدراسات الموحدة من DBs أن بهم الموصلية يعتمد على معلمات عينة عالمية، مثل تركيز دوبانتس ودرجة الحرارة، ولكن DBs الفردية كما تظهر اختلافات قوية اعتماداً على البيئة المحلية¹⁶. خلال مقياس تحقيق الاستقرار والانتساب على ديسيبل واحد، يخضع تدفق التيار المعدل الذي يمكن نفق الإلكترونات من الجزء الأكبر إلى DB (_{الجزء الأكبر}منΓ) ومن DB إلى نصيحة (_نصيحةمنΓ) (الشكل 1). بيد لتوصيل الديسيبل حساس لبيئتها المحلية، يؤثر حالة تهمة دوبانتس القريبة Γ_الأكبر (الشكل 1B)، الذي يمكن أن يستدل برصد الموصلية DB. نتيجة لذلك الموصلية من الديسيبل يمكن استخدامها لشعور دول تهمة دوبانتس القريبة، ويمكن استخدامها لتحديد المعدلات التي يتم دوبانتس تزويد الإلكترونات من الجزء الأكبر (Γ_LH) وتفقد لهم على طرف تحقيق الاستقرار والانتساب (Γ_{HL ). لحل هذه الديناميات، يتم تنفيذ TR-STS حول عتبة الفولتية (Vthr) الذي يدفع نصيحة تاين دوبانتس القريبة من السطح. دور نبضات المضخة والتحقيق هو نفسه في وقت حل تجريبي التقنيات الثلاثة المعروضة هنا. المضخة عابر يجلب مستوى التحيز من أدناه أعلاه الخامسthr، الذي يدفع التأين يستعمل. وهذا يزيد من الموصلية الديسيبل، الذي هو أخذ عينات من نبض المسبار الذي يتبع في وجود تحيز أقل.}

التقنيات الموضحة في هذه الورقة سوف يستفيد أولئك الذين يرغبون في توصيف الديناميات التي تحدث في ميلي ثانية إلى مقياس الوقت النانوسيكند مع تحقيق الاستقرار والانتساب. في حين أن هذه التقنيات لا تقتصر على دراسة ديناميات التهمة، من الأهمية بمكان أن الديناميات تتجلى عبر تغيرات عابرة في الموصلية الدول التي يمكن سبر بتحقيق الاستقرار والانتساب (أي الدول أو بالقرب من السطح). إذا الموصلية عابرة الدول لا تختلف كثيرا عن حالة التوازن، حيث أن الفرق بين تيارات عابرة والتوازن مضروبة في دورة واجب نبض المسبار أصغر من الكلمة الضجيج نظم (عادة السلطة الفلسطينية 1)، الإشارة سوف تضيع في الضوضاء، وسوف لا يمكن كشفها بواسطة هذا الأسلوب. نظراً للتعديلات التجريبية المتاحة تجارياً النظم الموحدة المطلوبة لتنفيذ التقنيات الموضحة في هذه الورقة المتواضعة، فمن المتوقع وسوف تكون هذه التقنيات متاحة على نطاق واسع المجتمع.