硅一维准弹道无结纳米线场效应晶体管中的量子干涉

我们研究了采用自上而下技术制备、具有环绕栅极与两种不同激活掺杂浓度的8 nm直径硅无结纳米线场效应晶体管的低温输运。首先，我们从一台在13 mK下呈现库仑阻塞、在6 V栅压范围内有超过500个库仑峰的设备中提取器件几何的本征栅电容，这表明整个纳米线沟道中形成了单一岛。在另外两台掺杂Si:P $4\times10^{19}\,\text{cm}^{-3}$与$2\times10^{20}\,\text{cm}^{-3}$的器件中，我们观察到量子干涉，并利用提取的栅耦合确定主导能量尺度与相应平均自由程。对于较高掺杂器件，分析给出$4\pm2\,\text{nm}$的平均自由程，其处于平均掺杂剂间距量级，表明源于未激活或已激活掺杂剂的散射。对于激活掺杂剂密度为$4\times10^{19}\,\text{cm}^{-3}$的器件，量子干涉效应提示平均自由程为$10\pm2\,\text{nm}$，可与纳米线宽度相比拟，从而为准弹道输运。对普适电导涨落（Universal Conductance Fluctuations）的温度依赖分析表明，在低于1.9 K的温度下相干长度超过纳米线长度，而更高温度下因一维电子-电子相互作用导致退相干。迁移率受杂质散射限制，而非直径大于或等于费米波长的纳米线所预期的表面粗糙散射。因此，我们的测量为技术相关硅器件几何中主导散射与退相干机制带来的性能限制提供了见解。