Tarama-prob Tek elektron Kapasite Spektroskopisi

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 boşluk soruşturma izin verir. Bu teknik, gömülü arayüzleri ⁷ az iki boyutlu elektron sistemleri olan dolum dinamikleri dahil olmak üzere bir yalıtım yüzeyi altında elektron hareket önemli olduğu herhangi bir sisteme uygulanabilir; kısalık için, Burada odak yarı iletken güçlendiricilerin çalışmaları olacak.

Gerçekçi analizi ucu ^8,9 eğriliği açıklamak için daha ayrıntılı bir açıklama gerektirir rağmen en şematik düzeyde, bu teknik, bir paralel plakalı kondansatör bir tabak olarak taranan ucu davranır. Şekil 1 'de gösterildiği gibi, bu modeldeki diğer levha, altta yatan iletken tabakanın bir nano ölçekli bir bölgedir. Bir ücret periyodik bir uyarma gerilimi yanıt olarak bir dopant girerken Esasen, bu ucuna yaklaştıkça, bu hareket sensörü devresi ⁵ ile tespit edilir ucunda, üzerinde daha fazla görüntü şarj neden olur. Benzer şekilde, şarj çıkar dopant olarak, ucunda görüntü ücret azalır. Dolayısıyla, uyarma gerilimine yanıt olarak, periyodik olarak şarj sinyali tespit edilen sinyalin – esas olarak bu kapasite olup, bu nedenle bu ölçüm genellikle sistemin CV özelliklerinin belirlenmesi olarak adlandırılır.

çadır "> kapasitans ölçümü sırasında, sadece net tünel temel iletken ve dopant tabakası arasında -. doğrudan ucuna şarj asla tüneller ölçüm sırasında veya ucundan tünel doğrudan eksikliği bu arasında önemli bir fark teknik ve daha tanıdık tarama tünelleme mikroskobu, her ne kadar çok bu sistem için donanım taramalı tünelleme mikroskobu bu esasen aynıdır. Bu SCA görüntüleme statik yük doğrudan duyarlı değildir dikkat etmek de önemlidir. statik yük incelenmesi için dağılımları, Kelvin prob mikroskobu veya elektrostatik kuvvet mikroskobu tarama uygun da iyi elektronik ve mekansal çözünürlüğe sahip yerel elektronik davranış var incelenmesi için ek kriyojenik yöntemler;. örneğin, tek elektron transistör mikroskobu şarj dakika tespit yeteneğine sahip başka bir tarama probu yöntemdir SCA görüntüleme ilk etkileri ^4,10. olduTessmer, Glicofridis, Ashoori, ve iş ⁷ tarafından MIT'de geliştirilen, dahası, burada açıklanan yöntem Ashoori ve iş ¹¹ tarafından geliştirilen Tek Elektron Kapasite Spektroskopisi yöntemi bir tarama prob versiyonu olarak kabul edilebilir. Ölçüm temel unsurlarından yüksek elektron hareketliliğine sahip transistör (HEMT) kullanarak zarif duyarlı şarj-algılama devresi ^5,12 değil, 0,01 elektron / Hz gibi düşük bir gürültü seviyesi elde edebilirsiniz ^½ 0.3 K, kriyostat baz sıcaklığı Referans 5. Böyle bir yüksek hassasiyet yeraltı sistemlerinde tek elektron şarj gözlem sağlar. Bu yöntem, bir düzlem geometri ² 10 ¹⁵ m ^-2 sırasına tipik dopant alan yoğunlukları ile, yarı iletkenler güçlendiricilerin tek tek veya küçük gruplar elektron veya delik dinamikleri çalışma için uygundur. Deneyin bu tipi için tipik bir örnek bir yapılandırma bir örneği Şekil 1'de gösterilmiştir </strong>. Dopant tabaka tipik yüzeyinin altında nanometre birkaç on konumlandırılmış, bu temel iletken tabaka ve dopant tabakası arasında ve dopant tabakası ve numune yüzeyi arasındaki kesin mesafeler bilmek önemlidir. Tünel aksine, kapasite katlanarak düşmek değil ancak bunun yerine aslında mesafe ters orantılı olarak azalır. Bu nedenle, dopant derinliği ilke olarak ucunda elektrik alan toprakların bazı makul fraksiyonu sürece yüzeyinin altında nanometre onlarca, daha derin olabilir. Burada anlatılan teknik dahil olmak üzere elektronik davranışının Yukarıda belirtilen sirojenik yerel problar tüm için, uzamsal çözünürlük ucunun geometrik boyutu ve ilgi yeraltı özelliği ve tarama prob ucu arasındaki mesafe ile sınırlıdır.