通过宽场量子金刚石显微镜对金刚石 hBN FET 电流的衬底内成像

我们展示了通过衬底内的氮空位（NV）色心，对氢终端金刚石场效应晶体管（FET）中的电流流动进行宽场磁成像。金刚石表面的氢终端诱导产生二维空穴气（2DHG），而位于表面下方约 $\sim 1~\mu m$ 处的近表面 NV 色心系综能够以微米级空间分辨率对电流流动进行无创磁成像。FET 在一系列漏源偏压 $V_{ds}= 0$ 至 $-15V$ 和栅极电压 $V_{gs}= +3$ 至 $-9V$ 下进行了电学表征，随后在器件运行期间进行了原位宽场 NV 磁测量。磁场图和重构的电流密度分布直接可视化了源漏接触处的电流注入以及 hBN 栅控通道下方的输运。磁场图揭示了由于栅极介电层中的不均匀性或缺陷导致的通道区域内的电流密度变化。此外，我们观察到在激光照射下漏电流的显著增强（$\sim 600-900 \mu A$）以及表观阈值电压的偏移，这反映了通道静电性质的光致变化。通过将依赖于栅极的磁图像与同步电学测量相关联，我们直接将空间电流分布与 FET 转移特性联系起来，为晶体管通道中的埋界面输运和非均匀栅控效应提供了新见解。由于该方法与顶栅 FET 兼容，它可用于绘制新兴通道材料（如二维材料和宽带隙通道）中具有微米分辨率的通道电流分布，并确立宽场 NV 磁测量作为探测晶体管和 Van der Waals 介电异质结构中电荷输运的强大平台。