المسح مسبار واحدة الإلكترون الطيفي السعة

الهدف العام للتجربة التالية هو مراقبة وحل شحن وتفريغ الإلكترونات المفردة في أنظمة التوصيل النانوية الموجودة تحت الأسطح غير الموصلة. يتم تحقيق ذلك عن طريق تحميل العينة على مجهر مسبار المسح المبرد لتحقيق درجات حرارة منخفضة ومستويات ضوضاء منخفضة ، مما يتيح مراقبة سلوك الإلكترون الفردي. كخطوة ثانية ، استخدم المجهر في وضع الفحص المجهري النفقي لجلب الطرف إلى ما يقرب من نانومتر واحد من السطح العلوي للعينة ، مما يضع الطرف في مكان مناسب لإجراء قياسات السعة.

بعد ذلك ، استخدم المجهر في وضع السعة باستخدام دائرة الكشف عن الشحنة الحساسة للغاية للكشف عن شحنة الصورة المستحثة على الطرف بواسطة حركة الإلكترون في النظام تحت السطحي. هذا يسمح بتحديد الهيكل الإلكتروني للنظام الكمومي تحت السطحي. تم الحصول على النتائج التي تظهر الإلكترونات الفردية التي تنفق داخل وخارج الأنظمة تحت السطحية النانوية.

القمم والسعة مقابل منحنيات الجهد إلى طاقات إضافة الإلكترونات. في النظام الكمومي ، أصبحت أجهزة أشباه الموصلات أصغر وأصغر. أصغر جهاز ممكن هو ذرة واحدة أو ذرة نجاسة.

تتضمن العديد من الأجهزة المقترحة أعدادا صغيرة من النقاط المتفاعلة. يمكن لطريقتنا حل الهيكل الإلكتروني الأساسي لهذه الأنظمة الدقيقة. يمكن أن توفر هذه الطريقة نظرة ثاقبة للهيكل الإلكتروني للعينات تحت السطحية والمعلمات وشباه الموصلة في قلبها.

هذه طريقة سعة ، والتي يمكن تمديدها لتشمل مجموعة متنوعة من القياسات المحلية ذات درجة الحرارة المنخفضة مثل خصائص العزل الكهربائي للسطح ورسم خرائط وظيفة العمل. يتم إجراء هذه التجارب على مجهر مسبار المسح الضوئي القادر على التبريد مع الإلكترونيات المرتبطة به. بالإضافة إلى الأسلاك المحورية للتحيز والجهد وتيار الأنفاق ، تأكد من أن سلكين متحدي المحور إضافيين على الأقل وسلك أرضي يمتدان من رف الإلكترونيات إلى منطقة طرف المجهر.

سيتم استخدامها لنقل إشارات لمكبر الصوت المبرد. بعد ذلك ، ابدأ في تجميع دائرة مكبر الصوت المبردة بناء على قنب الترانزستور عالي الحركة الإلكترونية. استخدم كاتبا لشق رقاقة سنتيمترا واحدا تقريبا في سنتيمتر واحد من رقاقة زرنيخيد الغاليوم.

ثم استخدم الترسيب لتشكيل عدة وسادات ذهبية بحجم ملليمتر واحد تقريبا على السطح. الآن ، قم بإعداد طرف حاد من سلك معدني نبيل هنا. تستخدم القواطع القطرية لقص سلك إيريديوم بلاتيني 80 20 باستخدام الايبوكسي المتوافق مع التبريد.

قم بتوصيل سلك ذهبي بكل من الوسادات الذهبية الموجودة على شريحة أرسونيت الغاليوم. تمت إضافة أسلاك إضافية على هذه الشريحة. يمكن إزالتها بسهولة إذا لم تكن هناك حاجة إليها في هذه المرحلة ، واتخذ الاحتياطات اللازمة لتجنب إدخال رسوم طائشة.

عند العمل مع إيبوكسي القنب ، المقاوم المتحيز ، الطرف والقنب على رقاقة ذوبان زرنيخيد الغاليوم. بمجرد أن يعالج الإيبوكسي بشكل صحيح ، استخدم رابط سلكي محملا بسلك ذهبي لربط تصريف المصدر وعناصر بوابة القنب لفصل الوسادات الذهبية لرابطة الرقاقة. الأسلاك المؤقتة التي تربط البوابة والمصدر أو وسادات التصريف لضمان عدم شحن البوابة فيما يتعلق بقناة تصريف المصدر.

لتوصيل شريحة التثبيت بالمجهر ، قم أولا بتأريض الأسلاك المحورية على المجهر ، حيث سيتم لحام الأسلاك من الشريحة. ثم قم بتثبيت شريحة التثبيت فوق أنبوب المسح الضوئي. استخدم لحام الإنديوم لتوصيل الأسلاك الذهبية الموجودة على الرقاقة بالأسلاك المحورية المناسبة.

بعد الاختبار ، تقوم سلامة القنب بتركيب العينة. يتم تثبيت هذه العينة على منحدرات على غرار باكا تسمح لها بالسير والخروج استجابة للجهد المطبق على أنابيب بيزو الداعمة. باستخدام المجهر ووضع STM ، انقل العينة إلى النطاق لضمان اقتراب العينة والطرف من بعضهما البعض بنجاح.

بعد اختبار ناجح ، قم بالسير في العينة بعيدا عن النطاق لحماية الطرف أثناء التعامل مع المجهر. للتحضير للتشغيل بدرجة حرارة منخفضة ، انقل المجهر من سطح المختبر إلى ناظم البرد. يجب أن يكون ناظم التبريد قادرا على تحقيق درجة الحرارة الأساسية المطلوبة للمجهر 4.2 كلفن أو أقل.

بعد ضخ المجهر إلى فراغ من بضع جولات صغيرة ، قم بخفض بوصة أو اثنتين من المجهر في ناظم التبريد وانتظر حتى تتوازن درجة الحرارة. قد يستغرق ذلك ما يصل إلى عشرات الدقائق. كرر خفض بوصة أو اثنتين في كل مرة حتى يصبح المجهر في مكانه.

يمكن أن تستغرق عملية الغمر الكاملة ما يقرب من يوم واحد. يجب بعد ذلك ترك المجهر ليتوازن حراريا. أخيرا ، قم بعزل مجموعة ناظم التبريد والمجهر عن الاهتزازات.

يتم استخدام نظام تعليق حبل البنجي المتصل بناظم البرد في هذه التجربة. استخدم نظام التعليق لرفع التجميع بضع بوصات عن الأرض والحفاظ عليه على هذا الارتفاع. راقب الارتفاع لمعرفة ما إذا كان ناظم التبريد يغرق ويحتاج إلى تعليق الإعادة الكهربائية.

بعد إجراء عمليات فحص STM، ابدأ قياسات وضع السعة عن طريق تعطيل حلقة التغذية الراجعة في وحدة التحكم STM مع سحب الطرف. تعوض بضع عشرات من النانومتر من موضع STM الموضع الجانبي للطرف إلى منطقة من العينة ، والتي لم يتم مسحها ضوئيا مؤخرا. لتبديل تكوين الأسلاك إلى وضع السعة ، أولا ، قم بحماية القنب عن طريق تأريض جميع الأسلاك المحورية.

يسمح إنهاء الأسلاك بموصلات T للأسلاك بالبقاء مؤرضة أثناء إجراء التوصيلات الأخرى. بعد ذلك ، قم بتوصيل الأسلاك المحورية بمصادر الجهد والمقاومات ذات الصلة ، والقفل ومكبر الصوت ومولد الوظيفة. اضبط جميع مصادر الجهد على الصفر وقم بتشغيلها.

قم بفك الأسلاك المحورية مع الحرص على فك سلك البوابة. أخيرا لحماية القنب ، قم بزيادة مصادر الجهد إلى المستويات المرغوبة. اضبط القنب وقفل مكبر الصوت للحصول على الأداء الأمثل.

ثم انتظر حتى يستقر القنب. في هذه المرحلة ، من الممكن إجراء المسح الضوئي وتصوير تراكم الشحنات والتحليل الطيفي لجهد السعة. هذا مثال على صورة تراكم الشحنة.

كانت العينة مخدرة بالسيليكون مع مستقبلات البورون بكثافة هوائية 1.7 في 10 إلى 15 لكل متر مربع في طبقة دلتا مخدرة 15 نانومتر تحت السطح عند 4.2 كلفن. كما هو موضح في المقياس ، تشير الألوان الأكثر إشراقا إلى زيادة الشحن. يتم تفسير النقاط المضيئة على أنها تشير إلى موقع ذرات البورون الفردية تحت السطحية.

تشير النقطة الزرقاء إلى نقطة مضيئة معينة حيث تم إجراء التحليل الطيفي للنقطة C مقابل V. يتم تفسير أكبر ذروة في بيانات C مقابل V على أنها من شحنة تدخل الدين مباشرة أسفل الطرف ترجع القمم القريبة إلى النقاط القريبة. يتم إزاحة مراكزهم في السعات التي تنخفض فيما يتعلق بالقمة الرئيسية.

بسبب زيادة مسافة دبابيس DO. يتم توسيع القمم على طول محور الجهد من خلال التأثيرات المحسوبة في النموذج الذي تم تطويره كما هو موضح في اتفاق منحنى النموذج مع البيانات. بيانات التحليل الطيفي C مقابل V الموضحة هنا هي لمخدر دلتا زرنيخيد الغاليوم مع طبقة من مانحي السيليكون ذات الكثافة الهوائية ، 1.25 في 10 إلى 16 لكل متر مربع ، وتقع على عمق 60 نانومتر تحت السطح عند 300 مللي كلفن.

كما يظهر سلسلة من قمم الشحن ، معظمها يتوافق مع مجموعات من العديد من الإلكترونات التي تدخل وتخرج من يفتح ، يشار إلى ذروة إلكترون واحدة بالسهم الأحمر. البيانات الموجودة على اليمين مأخوذة من القياسات المتكررة للقمة المشار إليها بالسهم الأحمر على المؤامرة على اليسار. عندما يتم حساب متوسط البيانات ، يتم إجراء ملاءمة وعرضها هنا باللون الأخضر.

يتوافق منحنى الملاءمة هذا مع الشكل المتوقع لذروة إلكترون واحدة في ظل الظروف التجريبية. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد للجوانب العملية لإجراء قياسات سعة الإلكترون الفردي أثناء محاولة هذا الإجراء. من المهم أن تتذكر تجنب تدمير القنب الحساس عن طريق اتخاذ خطوات احترازية لمنع التراكم الساكن بين البوابة وقناة تصريف المصدر.