原子尺度成像半导体中单个杂质的高频充电动力学

随着电子器件接近原子极限，单个掺杂原子上的电荷动力学日益限制性能、稳定性和相干性。在扫描隧道显微镜（STM）中，掺杂离子化通常被解释为由tip诱导的能带弯曲引起的静态阈值过程。本文表明，单个硫掺杂离子化在InAs中是内在动态过程，由局部电场决定。我们采用原子尺度空间映射的 MHz 频率STM噪声光谱，分辨出在时序平均隧道光谱中不可见的显著随机电信噪声。偏置依赖模型定量将噪声光谱与掺杂态的离子化和中性化过程相联系，使我们能够直接提取纳秒电荷状态寿命。开关速率随偏置强度而变化，表明电场持续驱动电荷状态转换。意外地，我们发现退掺杂bulk导致杂质离子化在杂质能级穿过费米能级时出现尖锐偏置依赖性启动，由此在噪声功率谱中产生特征性肩部，这一现象被我们的模型所捕获。这些结果确立了杂质离子化为非平衡动态过程，其由bulk电子的非平凡贡献，同时识别了杂质开关作为量子器件通用纳米尺度电荷噪声机制。