論文の概要: Non-destructive X-ray imaging of patterned delta-layer devices in silicon

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2208.09379v2
• Date: Fri, 14 Apr 2023 19:13:29 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2023-04-19 00:24:56.185033
• Title: Non-destructive X-ray imaging of patterned delta-layer devices in silicon
• Title（参考訳）: シリコンのパターン化デルタ層デバイスの非破壊X線イメージング
• Abstract要約: 我々は、X線蛍光を利用して、シリコン中のAsドーパタンの元素特異的な画像を作成する。 次世代のシンクロトロン放射源とより高度な光学により、5nmの分解半径内で単一のドーパント原子のX線像を得ることが可能であると予測する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: The progress of miniaturisation in integrated electronics has led to atomic and nanometre-sized dopant devices in silicon. Such structures can be fabricated routinely by hydrogen resist lithography, using various dopants such as phosphorous and arsenic. However, the ability to non-destructively obtain atomic-species-specific images of the final structure, which would be an indispensable tool for building more complex nano-scale devices, such as quantum co-processors, remains an unresolved challenge. Here we exploit X-ray fluorescence to create an element-specific image of As dopants in silicon, with dopant densities in absolute units and a resolution limited by the beam focal size (here $\sim1~\mu$m), without affecting the device's low temperature electronic properties. The As densities provided by the X-ray data are compared to those derived from Hall effect measurements as well as the standard non-repeatable, scanning tunnelling microscopy and secondary ion mass spectroscopy, techniques. Before and after the X-ray experiments, we also measured the magneto-conductance, dominated by weak localisation, a quantum interference effect extremely sensitive to sample dimensions and disorder. Notwithstanding the $1.5\times10^{10}$ Sv ($1.5\times10^{16}$ Rad/cm$^{-2}$) exposure of the device to X-rays, all transport data were unchanged to within experimental errors, corresponding to upper bounds of 0.2 Angstroms for the radiation-induced motion of the typical As atom and 3$\%$ for the loss of activated, carrier-contributing dopants. With next generation synchrotron radiation sources and more advanced optics, we foresee that it will be possible to obtain X-ray images of single dopant atoms within resolved radii of 5 nm.
• Abstract（参考訳）: 集積エレクトロニクスにおける小型化の進展は、シリコンの原子およびナノメートルサイズのドーパントデバイスにつながった。 このような構造は、リンやヒ素などの様々なドーパントを用いて、水素抵抗リソグラフィーによって日常的に製造することができる。 しかし、量子コプロセッサのようなより複雑なナノスケールデバイスを構築するために必須となる最終構造の原子種特異的なイメージを非破壊的に得る能力は未解決の課題である。 ここでは、x線蛍光を利用して、デバイス低温電子特性に影響を与えずに、絶対単位のドーパント密度とビーム焦点サイズ(ここでは$\sim1~\mu$m)に制限された解像度を持つシリコン中のasドーパントの元素特異的画像を作成する。 X線データによるAs密度は、ホール効果測定から得られたものと、標準的な非可逆性走査型トンネル顕微鏡および二次イオン質量分析法と比較される。 X線実験の前後で、弱局所化に支配される磁気コンダクタンスの測定を行い、量子干渉効果は試料の寸法や乱れに非常に敏感であった。 1.5\times10^{10}$ Sv$1.5\times10^{16}$ Rad/cm$^{-2}$)デバイスをX線に露出しても、すべての輸送データは実験誤差の範囲内で変化せず、典型的なAs原子の放射誘起運動に対する0.2アングストロームの上限と、活性化されたキャリア寄与ドーパントの損失に対する3$\%の値に対応する。 次世代のシンクロトロン放射源とより高度な光学により、5nmの分解半径内で単一のドーパント原子のX線像を得ることが可能となる。

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