利用原位量子传感器对半导体器件中能带弯曲的空间映射
材料科学
2018-09-14 v1
摘要
能带弯曲是固态物理中的一个核心概念，源于电荷分布的局域变化，尤其在半导体界面和表面附近。其精确测量在从场效应晶体管的优化到具有增强稳定性和相干性的量子比特器件的设计等多种情境中都至关重要。现有方法对表面敏感，无法探测与晶体缺陷相关的表面或体电荷在深处引起的能带弯曲。在此，我们提出一种通过成像原子尺度的量子传感缺陷阵列来探测半导体器件中能带弯曲的原位方法，以反映局域电场。我们利用金刚石中的氮空位中心实现该概念，并在不同表面终止条件下映射了不同深度处的电场。随后，我们基于氢化金刚石表面形成的导电二维空穴气制备了一个两端器件，并观察到电场的意外空间调制，这归因于电荷注入与光离化效应之间的复杂相互作用。我们的方法为在金刚石及其他具备合适量子传感器的半导体中实现能带弯曲的三维映射，并结合复杂工作器件中电荷输运的同步成像开辟了道路。
引用
@article{arxiv.1809.04779,
title = {Spatial mapping of band bending in semiconductor devices using in-situ quantum sensors},
author = {D. A. Broadway and N. Dontschuk and A. Tsai and S. E. Lillie and C. T. -K. Lew and J. C. McCallum and B. C. Johnson and M. W. Doherty and A. Stacey and L. C. L. Hollenberg and J. -P. Tetienne},
journal= {arXiv preprint arXiv:1809.04779},
year = {2018}
}
备注
This is a pre-print of an article published in Nature Electronics. The final authenticated version is available online at https://dx.doi.org/10.1038/s41928-018-0130-0