近日，復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系應(yīng)用表面物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員安正華課題組與中科院上海技術(shù)物理所研究員陸衛(wèi)團(tuán)隊(duì)等合作，通過采用一種自主研發(fā)的、可以檢測熱電子散粒噪聲的紅外近場顯微鏡技術(shù)(簡稱：掃描噪聲顯微鏡技術(shù)或SNoiM，參見圖1)，直接探測GaAs/AlGaAs單晶材料納米輸運(yùn)溝道中非平衡態(tài)電子電流漲落引起的散粒噪聲(shot noise)，揭示了熱電子輸運(yùn)過程中的能量耗散空間分布信息。3月29日，相關(guān)成果發(fā)表于《科學(xué)》雜志(Science)預(yù)印版(First release, DOI: 10.1126/science.aam9991)。

　　圖1. 應(yīng)用掃描噪聲顯微鏡(SNoiM)進(jìn)行的超高頻率(~21.3THz)

　　散粒噪聲的納尺度成像實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。

　　隨著微電子器件尺度按摩爾定律不斷向納米尺度減小、功耗密度不斷增加，器件工作過程中的電子被驅(qū)動至遠(yuǎn)離平衡態(tài)，這些非平衡的熱電子輸運(yùn)性質(zhì)和能量弛豫過程會極大影響器件所能達(dá)到的工作性能。因此，全面認(rèn)識甚至操控非平衡熱電子行為對后摩爾時代的電子學(xué)器件發(fā)展具有重要的指導(dǎo)作用。然而，非平衡輸運(yùn)熱電子的實(shí)驗(yàn)檢測具有極大的技術(shù)挑戰(zhàn)。

　　本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)利用SNoiM技術(shù)克服了傳統(tǒng)熱探測手段的低靈敏度、受限于檢測晶格溫度等缺點(diǎn)，并發(fā)現(xiàn)，散粒噪聲引起的紅外輻射具有表面倏逝波特性(evanescent wave)，且能夠反映對應(yīng)熱電子的溫度。隨著器件偏壓的逐步增加，熱電子溫度的分布由局域分布向非局域分布過渡，并呈現(xiàn)明顯的熱電子速度過沖現(xiàn)象(圖 2)。

　　圖2.噪聲強(qiáng)度隨偏置電壓增大的演變(0.5-8V)，結(jié)果顯示

　　大偏壓下熱電子的溫度分布呈現(xiàn)明顯的非局域特性。

　　據(jù)悉，SNoiM技術(shù)除可應(yīng)用于上述電子學(xué)器件的熱電子顯微成像之外，還可以進(jìn)一步拓展至更多金屬/非金屬/新型二維材料等廣泛的實(shí)驗(yàn)體系。

　　該工作第一單位為上海技術(shù)物理所，第二單位為復(fù)旦大學(xué)，物理學(xué)系研究員安正華和上海技術(shù)物理所研究員陸衛(wèi)是該論文通信作者。該項(xiàng)目得到自然科學(xué)基金委重大科學(xué)儀器研制項(xiàng)目的資助。