RU2493631C1 - Method of detecting quantum dots and apparatus for realising said method - Google Patents
Method of detecting quantum dots and apparatus for realising said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2493631C1 RU2493631C1 RU2012113955/28A RU2012113955A RU2493631C1 RU 2493631 C1 RU2493631 C1 RU 2493631C1 RU 2012113955/28 A RU2012113955/28 A RU 2012113955/28A RU 2012113955 A RU2012113955 A RU 2012113955A RU 2493631 C1 RU2493631 C1 RU 2493631C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- quantum dots
- semiconductor quantum
- input
- coordinates
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области диагностики полупроводниковых структур нанометрового размера и может быть использовано для обнаружения и классификации полупроводниковых квантовых точек при проведении исследований свойств новых материалов, анализе компоновки топологий, состоящих из нескольких квантовых точек, и оперативной разбраковки по допусковым зонам параметров структур с квантовыми точками при их промышленном производстве.The invention relates to the field of diagnostics of nanoscale semiconductor structures and can be used to detect and classify semiconductor quantum dots when conducting research on the properties of new materials, analyzing the layout of topologies consisting of several quantum dots, and quickly sorting the structure parameters with quantum dots into tolerance zones when they are industrial production.
Полупроводниковые квантовые точки также используются для создания полупроводниковых лазеров, элементов вычислительной техники, излучателей одиночных фотонов, наносенсоров, источников света нанометрового размера, а также маркеров в биологии и медицине [1, 2].Semiconductor quantum dots are also used to create semiconductor lasers, computer elements, single photon emitters, nanosensors, nanometer-sized light sources, as well as markers in biology and medicine [1, 2].
Полупроводниковые квантовые точки разделяются на точки с излучательной и безызлучательной релаксацией в зависимости от заданного спектра и времени флуоресценции (в среднем 1-10 наносекунд), материала, технологии изготовления и функционального назначения. Кроме того, дефекты изготовления квантовых точек приводят к разбросу параметров, падению квантового выхода люминесценции в видимом диапазоне, образованию квантовых точек с безызлучательной релаксацией или излучательной, но отличающейся по спектру излучения [1].Semiconductor quantum dots are divided into dots with radiative and nonradiative relaxation depending on a given spectrum and fluorescence time (on average 1-10 nanoseconds), material, manufacturing technology and functional purpose. In addition, defects in the fabrication of quantum dots lead to a scatter of parameters, a decrease in the quantum yield of luminescence in the visible range, and the formation of quantum dots with nonradiative relaxation or radiative, but differing in the emission spectrum [1].
Известны оптические [3, 4] и электроизмерительные контактные [5, 6] методы анализа характеристик полупроводниковых квантовых точек.Known optical [3, 4] and electrical contact [5, 6] methods for analyzing the characteristics of semiconductor quantum dots.
Оптические методы исследования [3, 4] позволяют исследовать только процессы в оптическом диапазоне частот, в тоже время для многих квантовых точек релаксация может быть также и безызлучательной - проходить через колебания или столкновения, что быстро приводит к нагреву или изменению спектра излучения, например, его смещению в более длинноволновую область.Optical research methods [3, 4] allow one to study only processes in the optical frequency range; at the same time, for many quantum dots, relaxation can also be nonradiative — passing through vibrations or collisions, which quickly leads to heating or a change in the radiation spectrum, for example, shift to a longer wavelength region.
Известно техническое решение [4], в соответствии с которым, обнаружение квантовых точек построено на принципах импульсного оптического возбуждения квантовой точки с последующим анализом свойств фотонов, выпущенных с диагностируемой квантовой точки, во время осуществления ею флуоресценции после прекращения действия импульса возбуждения. Недостатком данного технического решения является отсутствие возможностей обнаружения безызлучательных или дефектных квантовых точек, осуществления их классификации и определения координат расположения квантовых точек относительно друг друга.A technical solution is known [4], according to which, the detection of quantum dots is based on the principles of pulsed optical excitation of a quantum dot, followed by an analysis of the properties of photons emitted from the diagnosed quantum dot during its fluorescence after the termination of the excitation pulse. The disadvantage of this technical solution is the lack of detection of non-radiative or defective quantum dots, their classification and determination of the coordinates of the location of quantum dots relative to each other.
Известно техническое решение, представляющее метод емкостной диагностики полупроводниковых наноструктур с самоорганизующимися квантовыми точками [5], в соответствии с которым осуществляют температурное сканирование проводимости образца при различных частотах со тестового сигнала, обеспечивая тем самым разные динамические условия эмиссии носителей с глубокого уровня или массива квантовых точек. Далее строят график Аррениуса в координатах ω=f(1/T). Для температурных максимумов спектров проводимости определяют энергию активации, которая характеризует положение энергетических уровней размерного квантования в полупроводниковых квантовых точках.A technical solution is known, which is a method for capacitive diagnostics of semiconductor nanostructures with self-organizing quantum dots [5], in accordance with which a temperature scan of the conductivity of a sample is carried out at various frequencies from a test signal, thereby providing different dynamic conditions for the emission of carriers from a deep level or array of quantum dots. Next, we plot the Arrhenius graph in the coordinates ω = f (1 / T). For the temperature maxima of the conduction spectra, the activation energy is determined, which characterizes the position of the energy levels of dimensional quantization in semiconductor quantum dots.
Недостатком данного технического решения является применение его только для получения усредненных результатов при анализе массива квантовых точек, отсутствие возможности определения координат одной квантовой точки и ее расположения относительно другой, проведение дополнительных вычислений и построение графиков для идентификации отдельных квантовых точек.The disadvantage of this technical solution is its use only to obtain average results in the analysis of an array of quantum dots, the inability to determine the coordinates of one quantum dot and its location relative to another, additional calculations and graphs to identify individual quantum dots.
Известно техническое решение [6] в соответствии с которым исследование квантовых точек осуществляется следующим образом: с помощью сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) посредством иглы-зонда осуществляется контакт с исследуемой планарной структурой, туннельный ток измеряется в зависимости от напряжения, приложенного между острием иглы СТМ и контактами на границах исследуемой структуры. В результате происходит снятие I=f(Utunn) локальной вольт - амперной характеристики поверхности находящейся под иглой с последующей идентификацией квантовых точек с характерными размерами от 2 до 8 нм.A technical solution is known [6], according to which the study of quantum dots is carried out as follows: using a scanning tunneling microscope (STM), a probe is used to contact the planar structure under study, the tunneling current is measured depending on the voltage applied between the tip of the STM needle and contacts at the boundaries of the investigated structure. As a result, I = f (U tunn ) of the local volt - ampere characteristic of the surface under the needle is removed, followed by the identification of quantum dots with characteristic sizes from 2 to 8 nm.
Недостатком данного технического решения является: отсутствие возможности определить динамические свойства квантовых точек и провести их разбраковку по динамическим характеристикам, низкое быстродействие способа вследствие того, что для каждой точки, для ее идентификации следует строить вольт - амперную характеристику и осуществлять в последствии распознавание каждого образа на принадлежность его к квантовой точке.The disadvantage of this technical solution is: the inability to determine the dynamic properties of quantum dots and sort them according to dynamic characteristics, the low speed of the method due to the fact that for each point, for its identification, it is necessary to build a current-voltage characteristic and subsequently recognize each image for accessory him to a quantum dot.
Известно техническое решение [7], представляющее устройство и метод сканирующей емкостной микроскопии и спектроскопии, в соответствии с которым измеряют электрическую емкость между проводящей иглой сканирующего зондового микроскопа (зондом атомно-силового микроскопа) и поверхностью исследуемого полупроводникового образца. Сканируют иглой поверхность по координатам XY. Рассчитывают емкость для каждого множества областей на образце на основании анализа изменения амплитуды и фазы возбуждающего высокочастотного сигнала и в последствии осуществляют отображение результатов вычислений. Устройство для осуществления этого способа содержит: образец с проводящей подложкой, кантилевер с зондом в виде электропроводящей с высокочастотным разрешением иглы, соединенной через коаксиальный кабель с векторным анализатором цепей, позиционер кантилевера по координате Z, позиционеры для сканирования по координатам XY, контроллер атомно-силового микроскопа, соединенный через последовательный порт с персональным компьютером.A technical solution is known [7], which represents a device and a method of scanning capacitive microscopy and spectroscopy, in accordance with which the electric capacitance between the conducting needle of a scanning probe microscope (atomic force microscope probe) and the surface of a semiconductor sample under study are measured. Scan the surface with a needle at the XY coordinates. The capacitance for each set of regions on the sample is calculated based on the analysis of changes in the amplitude and phase of the exciting high-frequency signal and subsequently display the results of the calculations. A device for implementing this method includes: a sample with a conductive substrate, a cantilever with a probe in the form of a conductive needle with a high-frequency resolution, connected through a coaxial cable with a vector network analyzer, a cantilever positioner in the Z coordinate, positioners for scanning in XY coordinates, an atomic force microscope controller connected via a serial port to a personal computer.
Данное техническое решение является наиболее близким аналогом из числа известных и принято за прототип.This technical solution is the closest analogue of the known and taken as a prototype.
Недостатком данного технического решения является отсутствие возможности определения динамических свойств полупроводниковой квантовой точки и проведение разбраковки по динамическим характеристикам; низкое быстродействие способа вследствие того, что для каждой исследуемой точки при ее идентификации следует проводить анализ модуля и фазы сигнала и пересчитывать их в значение емкости между зондом и образцом, не позволяет достоверно обнаружить квантовую точку; отсутствие возможности осуществлять классификацию полупроводниковых квантовых точек на принадлежность их к заданному классу; отсутствие возможности отображения распределения координат отдельных идентифицированных полупроводниковых квантовых точек относительно друг друга.The disadvantage of this technical solution is the lack of the ability to determine the dynamic properties of a semiconductor quantum dot and sorting according to dynamic characteristics; low speed of the method due to the fact that for each investigated point during its identification it is necessary to analyze the module and phase of the signal and recalculate them into the value of the capacitance between the probe and the sample, it is not possible to reliably detect a quantum dot; the inability to classify semiconductor quantum dots by their belonging to a given class; the inability to display the coordinate distribution of the identified individual semiconductor quantum dots relative to each other.
Технической задачей является повышение достоверности обнаружения полупроводниковых квантовых точек и отображение их топологии в зависимости от принадлежности к определенному классу разброса электродинамических параметров.The technical task is to increase the reliability of the detection of semiconductor quantum dots and display their topology depending on their membership in a certain class of spread of electrodynamic parameters.
Техническая задача решается тем что, производят электрическое соединение электропроводящей нанометрового размера иглы с пикосекундным разрешением с поверхностью диагностируемого образца с квантовыми точками, по координате Z и последовательно по шагам с интервалом равным минимальному диаметру квантовой точки, сканируют образец с квантовыми точками по координатам XY, формируют сигнал управления позиционированием электропроводящей нанометрового размера иглой с пикосекундным разрешением по координатам XYZ, и синхронно выбирают адреса для запоминания и индикации координат XY вероятной полупроводниковой квантовой точки, по заднему фронту сигнала управления позиционированием по координатам XYZ, формируют стимулирующий сигнал в виде прямоугольного электрического импульса длительностью не менее удвоенного времени флуоресценции материала диагностируемой полупроводниковой квантовой точки и амплитудой, достаточной для наблюдения ее релаксации, воздействуют сформированным электрическим импульсом прямоугольной формы через электропроводящею иглу на диагностируемую поверхность образца с полупроводниковыми квантовыми точками, принимают и усиливают аналоговый сигнал отклика, прошедший через диагностируемый образец с полупроводниковыми квантовыми точками, с помощью компарирования преобразуют аналоговый сигнал отклика в дискретный сигнал отклика, одновременно по заднему фронту стимулирующего сигнала формируют сигнал задержки сигнала открытия окна временного сравнения, по заднему фронту сигнала задержки сигнала открытия окна временного сравнения, формируют сигнал открытия окна временного сравнения, выделяют из длительности дискретного сигнала отклика информационную часть длительности сигнала отклика, временным сравнением длительности дискретного сигнала отклика, с сигналом открытия окна временного сравнения, при совпадении сигналов по времени производят формирование сигнала «Запись» координат XY обнаруженной полупроводниковой квантовой точки, при условии вхождения длительности информационной части сигнала отклика в допусковую зону временного окна установленного для идентификации полупроводниковой квантовой точки на принадлежность заданному допусковому классу, производят запоминание и отображение координат XY обнаруженной полупроводниковой квантовой точки, по заднему фронту сигнала открытия окна временного сравнения, закрывают окно, отменяют выполнение временного сравнения и формируют следующий сигнал управления позиционированием координат XY, для поиска и идентификации, следующей полупроводниковой квантовой точки, перемещают координатный стол на один шаг.The technical problem is solved by making an electrical connection of a conductive nanometer-sized needle with a picosecond resolution to the surface of the diagnosed sample with quantum dots, in the Z coordinate and sequentially in steps with an interval equal to the minimum diameter of the quantum dot, scanning the sample with quantum dots in XY coordinates, generating a signal control positioning of a conductive nanometer-sized needle with a picosecond resolution in XYZ coordinates, and synchronously select the address To memorize and display the XY coordinates of a probable semiconductor quantum dot, a stimulating signal is generated in the form of a rectangular electric pulse with a duration of at least twice the fluorescence time of the material of the diagnosed semiconductor quantum dot and an amplitude sufficient to observe its relaxation along the trailing edge of the position control signal XYZ formed by an electric pulse of a rectangular shape through an electrically conductive needle on the diagnosed The surface of the sample with semiconductor quantum dots receives and amplifies the analog response signal that passed through the diagnosed sample with semiconductor quantum dots, by means of comparing, the analog response signal is converted into a discrete response signal, at the same time, the delay signal of the signal for opening the window of the time comparison window is generated from the stimulating signal, on the trailing edge of the delay signal of the opening signal of the temporary comparison window, form the opening signal of the temporary comparison window I, isolate from the duration of the discrete response signal the information part of the duration of the response signal, by temporarily comparing the duration of the discrete response signal with the opening signal of the time comparison window, when the signals coincide in time, the “Record” signal XY of the detected semiconductor quantum dot is generated, provided the duration information part of the response signal to the tolerance zone of the time window established for identification of the semiconductor quantum dot at compliance with the specified tolerance class, XY coordinates are stored and displayed on the detected semiconductor quantum dot, the rear edge of the signal for opening the temporary comparison window is closed, the window is closed, the temporary comparison is canceled and the next control signal for positioning the XY coordinates is formed, for search and identification, the next semiconductor quantum point Move the coordinate table one step.
Сущность способа заключается в том, что для обнаружения полупроводниковых квантовых точек расположенных на диагностируемом образце, его пошагово сканируют по координатам XY с помощью электропроводящей нанометрового размера иглы с пикосекундным разрешением, которую периодически прижимают по координате Z, к диагностируемому образцу с полупроводниковыми квантовыми точками, осуществляют анализ электродинамических характеристик, отводят иглу и переходят на следующею позицию, повторяя данную последовательность действий, причем временной интервал анализа электродинамических характеристик состоит из следующих последовательностей действий: электрически воздействуют стимулирующим прямоугольным импульсом на полупроводниковую квантовую точку, принимают аналоговый сигнал отклика, преобразуют его в дискретный сигнал, выделяют информационную часть отклика, идентифицируют ее на принадлежность к заданному классу разброса динамических характеристик, осуществляют запоминание координат XY в память и выполняют отображение топологий обнаруженных квантовых точек с параметрами, входящими в заданные допусковые зоны.The essence of the method lies in the fact that to detect semiconductor quantum dots located on the diagnosed sample, it is step-by-step scanned along the XY coordinates using an electroconductive nanometer-sized needle with a picosecond resolution, which is periodically pressed along the Z coordinate to the diagnosed sample with semiconductor quantum dots. electrodynamic characteristics, retract the needle and move to the next position, repeating this sequence of actions, and temporarily The first interval of analysis of electrodynamic characteristics consists of the following sequences of actions: they electrically act on a semiconductor quantum dot with a stimulating rectangular pulse, receive an analog response signal, convert it to a discrete signal, extract the response information part, identify it for belonging to a given dynamic characteristics dispersion class, and store XY coordinates to the memory and perform the mapping of the topologies of the detected quantum dots with the parameter mi within specified tolerance zones.
Отличительными признаками предлагаемого способа является следующая последовательность действий. Формируют сигнал управления позиционированием электропроводящей нанометрового размера иглой с пикосекундным разрешением по координатам XYZ, и синхронно выбирают адреса для запоминания и индикации координат вероятной полупроводниковой квантовой точки, что, позволило осуществить синхронно параллельный доступ к адресным шинам при позиционировании, при запоминании и при индикации, для осуществления параллельной записи координат полупроводниковой квантовой точки с максимальным быстродействием, без дополнительного преобразования координат при переходе с растрового сканирования на спиральное сканирование с постоянной скоростью, что в свою очередь позволило исключить ошибки при преобразовании координат XY.Distinctive features of the proposed method is the following sequence of actions. A control signal is generated for positioning the conductive nanometer-sized needle with a picosecond resolution in XYZ coordinates, and the addresses for storing and indicating the coordinates of the probable semiconductor quantum dot are synchronously selected, which made it possible to synchronously parallel access to the address buses during positioning, during storage and during indication, for parallel recording of coordinates of a semiconductor quantum dot with maximum speed, without additional coor transformation during the transition from raster scanning to spiral scanning at a constant speed, which in turn made it possible to eliminate errors in the conversion of XY coordinates.
Выполнение последовательности действий, при которых по заднему фронту сигнала управления позиционированием координат XYZ формируют стимулирующий сигнал в виде прямоугольного электрического импульса длительностью не менее удвоенного времени флуоресценции материала диагностируемой полупроводниковой квантовой точки и амплитудой, достаточной для наблюдения ее релаксации, воздействуют сформированным электрическим импульсом через иглу с пикосекундным разрешением на диагностируемую поверхность образца с полупроводниковыми квантовыми точками, что позволило осуществить возбуждение квантовых точек, как с излучательной так и с безызлучательной релаксацией.Performing a sequence of actions in which a stimulating signal is formed on the trailing edge of the XYZ coordinate positioning control signal in the form of a rectangular electric pulse with a duration of at least twice the fluorescence time of the material of the diagnosed semiconductor quantum dot and an amplitude sufficient to observe its relaxation, they are exposed to the generated electric pulse through a picosecond needle resolution on the diagnosed sample surface with semiconductor quantum and dots, which made it possible to excite quantum dots, both with radiative and nonradiative relaxation.
Выполнение последовательности действий, при которых принимают и усиливают аналоговый сигнал отклика, прошедший через диагностируемый образец с полупроводниковыми квантовыми точками, с помощью компарирования преобразуют аналоговый сигнал отклика в дискретный сигнал отклика, что позволило преобразовать аналоговый сигнал в дискретный с наибольшим быстродействием, что в сою очередь позволило идентифицировать квантовую точку с малым временем флуоресценции и увеличить точность сортировки их по параметрам при анализе их принадлежности к определенному допусковому классу.The sequence of actions in which the analog response signal passed through the diagnosed sample with semiconductor quantum dots is received and amplified converts the analog response signal into a discrete response signal by comparing, which made it possible to convert the analog signal to a discrete one with the highest speed, which in turn allowed identify a quantum dot with a short fluorescence time and increase the accuracy of sorting them by parameters when analyzing their affiliation to a specific tolerance class.
Выполнение последовательности действий, при которых одновременно по заднему фронту стимулирующего сигнала формируют сигнал задержки сигнала открытия окна временного сравнения, по заднему фронту сигнала задержки сигнала открытия окна временного сравнения, формируют сигнал открытия окна временного сравнения, выделяют из длительности дискретного сигнала отклика информационную часть длительности сигнала отклика, временным сравнением длительности дискретного сигнала отклика с сигналом открытия окна временного сравнения, что позволило осуществить формирование временного интервала (допускового временного окна для распознавания класса полупроводниковой квантовой точки), расширяя его или сужая и перемещая его относительно заднего фронта стимулирующего импульса, осуществляется регулирование допусковой зоны для идентификации того или иного класса полупроводниковых квантовых точек, в котором с наибольшей вероятностью появляются сигналы отклики что в свою очередь позволяет с большей точностью проводить идентификацию заданного класса квантовых точек, анализируя их динамические характеристики.Performing a sequence of actions in which at the same time the delay signal of the opening signal of the time window of the comparison window is formed at the trailing edge of the stimulating signal, the opening signal of the signal of the opening window of the temporary comparison window is formed at the trailing edge of the signal, the opening signal of the temporary comparison window is formed, the information part of the response signal duration is extracted by temporarily comparing the duration of the discrete response signal with the signal of opening the window of the temporary comparison, which allows o carry out the formation of the time interval (the tolerance time window for recognizing the class of a semiconductor quantum dot), expanding it or narrowing it and moving it relative to the trailing edge of the stimulating pulse, the tolerance zone is regulated to identify one or another class of semiconductor quantum dots in which it is most likely that response signals, which in turn allows more accurate identification of a given class of quantum dots by analyzing them dynamic characteristics.
Выполнение последовательности действий, при которых при совпадении сигналов по времени производят формирование сигнала «Запись» координат XY обнаруженной полупроводниковой квантовой точки, при условии вхождения длительности информационной части сигнала отклика в допусковую зону временного окна, установленного для идентификации полупроводниковой квантовой точки на принадлежность заданному допусковому классу, производят запоминание и отображение координат XY обнаруженной полупроводниковой квантовой точки, что позволяет сократить время записи координат XY, так как запись осуществляется по ужу заранее выбранному адресу без дополнительного преобразования адресных кодов, осуществить запись координат при условии вхождения динамических характеристик квантовых точек в заданные допусковые рамки и осуществить индикацию координат XY только бездефектных квантовых точек и осуществить их разбраковку по принципу «годен-негоден».Performing a sequence of actions in which, when the signals coincide in time, they generate the “Record” signal of the XY coordinates of the detected semiconductor quantum dot, provided that the duration of the information part of the response signal enters the tolerance zone of the time window established to identify the semiconductor quantum dot belonging to a given tolerance class, store and display the XY coordinates of the detected semiconductor quantum dot, which reduces time of recording XY coordinates, since recording is carried out at a pre-selected address without additional conversion of address codes, record the coordinates provided that the dynamic characteristics of quantum dots enter the given tolerance frames and display the XY coordinates of only defect-free quantum dots and sort them according to the principle of " good-worthless. "
Выполнение последовательности действий, при которых по заднему фронту сигнала открытия окна временного сравнения закрывают окно, отменяют выполнение временного сравнения и формируют следующий сигнал управления позиционированием координат XY для поиска и идентификации следующей полупроводниковой квантовой точки, перемещая координатный стол на один шаг, что позволило исключить запись координат XY всех квантовых точек, электродинамические характеристики которых не входят в допусковую зону, и сразу перейти к обнаружению следующих квантовых точек.Performing a sequence of actions in which the window closes the window along the trailing edge of the open signal of the temporary comparison window, cancels the temporary comparison and generates the next control signal XY coordinate positioning to search for and identify the next semiconductor quantum dot, moving the coordinate table one step, which eliminated the recording of coordinates XY of all quantum dots whose electrodynamic characteristics are not included in the tolerance zone, and proceed immediately to the discovery of the following quanta marketing points.
На Фиг.1 представлена блок-схема устройства, реализующего предложенный способ обнаружения квантовых точек. На Фиг.2 представлены временные диаграммы, поясняющие выполнение операций способа. На Фиг.3 представлены временные диаграммы, поясняющие работу устройства.Figure 1 presents a block diagram of a device that implements the proposed method for detecting quantum dots. Figure 2 presents a timing chart explaining the operation of the method. Figure 3 presents a timing diagram explaining the operation of the device.
На Фиг.2 представлены временные диаграммы, поясняющие операции способа, где временные диаграммы представлены в виде двух возможных вариантов результатов поиска полупроводниковой квантовой точки (1-ый вариант - в левой части; 2-ой вариант - в правой части). В 1-ом и во 2-ом вариантах - длительность информационных частей откликов τ1 и τn отличаются друг от друга, но входят в временной интервал окна допусковой зоны Т4 (выполняется соотношения Т3<τ1<Т4 и Т3<τn<Т4) координаты X1, Y1 и Xn, Yn (n - номер) идентифицируются как местоположение обнаруженных полупроводниковых квантовых точек, координаты XY записываются в блок 14 памяти. На Фиг.2 представлены следующие эпюры:Figure 2 presents time charts explaining the operation of the method, where time charts are presented in the form of two possible variants of the search results for a semiconductor quantum dot (the first option is on the left side; the second option is on the right side). In the 1st and 2nd options - the duration of the information parts of the responses τ 1 and τ n differ from each other, but are included in the time interval of the tolerance zone window T4 (the relations T3 <τ 1 <T4 and T3 <τ n <T4 ) the coordinates X 1 , Y 1 and X n , Y n (n is the number) are identified as the location of the detected semiconductor quantum dots, the XY coordinates are recorded in the memory unit 14. Figure 2 presents the following diagrams:
A) формируют сигнал (длительностью Т1) управления позиционированием электропроводящей нанометрового размера иглой с пикосекундным разрешением по координатам XYZ и синхронно выбирают адреса для запоминания и индикации координат XY вероятной полупроводниковой квантовой точки;A) generate a signal (duration T1) for controlling the positioning of a conductive nanometer-sized needle with a picosecond resolution along XYZ coordinates and synchronously select addresses for storing and displaying XY coordinates of a probable semiconductor quantum dot;
Б) по заднему фронту сигнала управления позиционированием по координатам XYZ формируют стимулирующий сигнал (длительностью Т2) в виде прямоугольного электрического импульса длительностью не менее удвоенного времени флуоресценции материала диагностируемой квантовой точки и амплитудой, достаточной для наблюдения ее релаксации, воздействуют сформированным электрическим импульсом прямоугольной формы через электропроводящею иглу на диагностируемую поверхность образца с полупроводниковыми квантовыми точками;B) on the trailing edge of the position control signal along the XYZ coordinates, a stimulating signal (T2 duration) is formed in the form of a rectangular electric pulse with a duration of at least twice the fluorescence time of the material of the diagnosed quantum dot and an amplitude sufficient to observe its relaxation, they are exposed to the generated rectangular rectangular electric pulse through an electrically conductive a needle on the diagnosed sample surface with semiconductor quantum dots;
B) принимают и усиливают аналоговый сигнал отклика, прошедший через диагностируемый образец с полупроводниковыми квантовыми точками;B) receive and amplify the analog response signal passed through the diagnosed sample with semiconductor quantum dots;
Г) с помощью компарирования преобразуют аналоговый сигнал отклика в дискретный сигнал отклика;D) using comparing convert the analog response signal into a discrete response signal;
Д) одновременно по заднему фронту стимулирующего сигнала формируют сигнал задержки (длительностью Т3) сигнала окна временного сравнения;D) simultaneously along the trailing edge of the stimulating signal, a delay signal (duration T3) of the signal of the time comparison window is generated;
Ж) по заднему фронту сигнала задержки (Т3) открытия окна временного сравнения формируют сигнал открытия окна временного сравнения (длительностью Т4); по заднему фронту сигнала окна временного сравнения (Т4) отменяют временное сравнение и формируют следующий управляющий сигнал позиционирования для поиска и идентификации следующей квантовой точки, перемещая координатный стол на один шаг;G) on the trailing edge of the delay signal (T3) to open the temporary comparison window, form the signal to open the temporary comparison window (duration T4); on the trailing edge of the signal, the time comparison windows (T4) cancel the time comparison and form the next positioning control signal to search for and identify the next quantum dot, moving the coordinate table one step;
З) выделяют из длительности сигнала отклика информационную часть длительности сигнала отклика (τ1 для левой и τn для правой части временной диаграммы) временным сравнением длительности дискретного входного сигнала отклика с сигналом открытия окна временного окна сравнения (Т4) (задержанного на интервал (Т3) относительно стимулирующего сигнала (Т2));C) extract from the duration of the response signal the information part of the duration of the response signal (τ 1 for the left and τ n for the right side of the time diagram) by temporarily comparing the duration of the discrete input response signal with the signal to open the window of the temporary comparison window (T4) (delayed by the interval (T3) relatively stimulus signal (T2));
И) при совпадении сигналов по времени производят формирование сигнала «Запись» координат XY обнаруженной полупроводниковой квантовой точки;And) when the signals coincide in time, they generate the “Record” signal of the XY coordinates of the detected semiconductor quantum dot;
К) при условии вхождения длительности информационной части сигнала отклика в допусковую зону временного окна, установленного для идентификации квантовой точки на принадлежность заданному допусковому классу, производят запоминание и отображение координат XY обнаруженной полупроводниковой квантовой точки.K) provided that the duration of the information part of the response signal enters the tolerance zone of the time window established to identify the quantum dot belonging to a given tolerance class, the XY coordinates of the detected semiconductor quantum dot are stored and displayed.
Для достижения технического результата, заключающегося в повышении достоверности обнаружения квантовых точек и реализации предложенного способа в устройство, содержащие формирователь адреса сканирования по координатам XY, позиционер иглы по координате Z, электропроводящую нанометрового размера иглу с пикосекундным разрешением, координатный стол с позиционерами по координатам XY, диагностируемый образец с полупроводниковыми квантовыми точками первый, второй, третий, четвертый программируемые одновибраторы, программируемый усилитель, компаратор, первый и второй элементы И, одновибратор, блок памяти, блок индикации координат XY обнаруженных полупроводниковых квантовых точек, причем выход первого программируемого одновибратора соединен с управляющим входом формирователя адресов сканирования по координатам XY, с входом позиционера иглы по координате Z и входом второго программируемого одновибратора, выход которого соединен с диагностируемым образцом с квантовыми точками через токопроводящую нанометрового размера иглу и входом третьего программируемого одновибратора, выход которого соединен с входом четвертого программируемого одновибратора, выход которого соединен с управляющим входом первого программируемого одновибратора и первыми входами второго и первого элемента И, причем второй вход первого элемента И соединен с выходом компаратора, вход которого соединен с выходом программируемого усилителя, вход которого соединен с проводящей подложкой диагностируемого образца с полупроводниковыми квантовыми точками, а выход первого элемента И соединен с управляющим входом одновибратора, выход которого соединен со вторым входом второго элемента И, выход которого соединен с входом «Запись» блока памяти, выход которого соединен с информационным входом блока индикации координат XY обнаруженных полупроводниковых квантовых точек, адресные шины XY блока индикации и блока памяти соединены соответственно с адресными выходами XY формирователя адреса сканирования, а установочный вход первого программируемого одновибратора соединен с сигналом «Пуск».To achieve a technical result, which consists in increasing the reliability of detecting quantum dots and implementing the proposed method into a device containing a scan address generator for XY coordinates, a needle positioner for Z coordinates, a nanometer-sized needle with a picosecond resolution, a coordinate table with positioners for XY coordinates, diagnosed semiconductor quantum dot sample first, second, third, fourth programmable single vibrators, programmable amplifier , comparator, first and second elements AND, single vibrator, memory unit, XY coordinate display unit of detected semiconductor quantum dots, the output of the first programmable single vibrator connected to the control input of the address generator of the scan along the XY coordinates, with the input of the needle positioner along the Z coordinate and the input of the second programmable a single-vibrator, the output of which is connected to the diagnosed sample with quantum dots through a conductive nanometer-sized needle and the input of the third programmable single-vibrator RA, the output of which is connected to the input of the fourth programmable one-shot, the output of which is connected to the control input of the first programmable single-shot and the first inputs of the second and first element And, the second input of the first element And connected to the output of the comparator, the input of which is connected to the output of the programmable amplifier, the input of which connected to the conductive substrate of the diagnosed sample with semiconductor quantum dots, and the output of the first element And is connected to the control input of a single-shot, the output is It is connected to the second input of the second AND element, the output of which is connected to the “Record” input of the memory unit, the output of which is connected to the information input of the XY coordinate display unit of the detected semiconductor quantum dots, the address buses XY of the display unit and the memory unit are connected respectively to the address outputs of the XY shaper scan addresses, and the installation input of the first programmable one-shot is connected to the Start signal.
Отличительными признаками предлагаемого устройства является введение первого 5 и второго 6 программируемых одновибраторов, что позволило осуществить выполнение последовательности действий, при которых по заднему фронту сигнала управления позиционированием координат XYZ формируется стимулирующий сигнал в виде прямоугольного электрического импульса и воздействие сформированным электрическим импульсом через иглу 3 с пикосекундным разрешением на диагностируемую поверхность образца 16 с полупроводниковыми квантовыми точками, что позволило осуществить возбуждение квантовых точек как с излучательной, так и с безызлучательной релаксацией.Distinctive features of the proposed device is the introduction of the first 5 and second 6 programmable single vibrators, which allowed to carry out a sequence of actions in which a stimulating signal is formed in the form of a rectangular electric pulse along the trailing edge of the XYZ coordinate positioning control signal and exposure to the generated electric pulse through a 3-needle with picosecond resolution on the diagnosed surface of sample 16 with semiconductor quantum dots, which allows pouring implement excitation quantum dots both radiative and nonradiative relaxation from.
Введение третьего 7 программируемого одновибратора, соединенного последовательно с четвертым 8 программируемым одновибратором, позволило осуществить формирование временного интервала (допускового временного окна) для распознавания класса полупроводниковой квантовой точки. Возможность осуществления гибкого изменения временного интервала расширением его или сужением и перемещением относительно заднего фронта стимулирующего импульса позволяет регулировать допусковые зоны для идентификации того или иного класса полупроводниковых квантовых точек, в котором с наибольшей вероятностью появляются сигналы отклики, что позволяет с большей достоверностью проводить идентификацию заданного класса полупроводниковых квантовых точек при анализе их динамических характеристик.The introduction of the third 7 programmable one-shot, connected in series with the fourth 8 programmable one-shot, allowed the formation of a time interval (tolerance time window) for class recognition of a semiconductor quantum dot. The possibility of making a flexible change in the time interval by expanding it or narrowing and moving relative to the trailing edge of the stimulating pulse allows you to adjust the tolerance zones for identifying a particular class of semiconductor quantum dots, in which response signals are most likely to appear, which allows more reliable identification of a given class of semiconductor quantum dots in the analysis of their dynamic characteristics.
Введение программируемого 9 усилителя и компаратора 10 позволило преобразовать аналоговый сигнал в дискретный с наибольшим быстродействием и сокращением избыточной информации.The introduction of programmable amplifier 9 and comparator 10 made it possible to convert the analog signal into a discrete one with the highest speed and reduction of redundant information.
Введение первого 11 элемента И позволило осуществить выделение информационной части отклика для идентификации класса полупроводниковой квантовой точки.The introduction of the first 11 element And made it possible to isolate the information part of the response to identify the class of a semiconductor quantum dot.
Введение одновибратора 13 позволило сформировать стабильный сигнал записи данных в независимости от величины длительности отклика, соответствующего тому или иному классу квантовых точек, для устойчивой записи информации в блок 14 памяти.The introduction of a single-vibrator 13 made it possible to form a stable data recording signal regardless of the response duration corresponding to a particular class of quantum dots for stable recording of information in the memory unit 14.
Введение второго 12 элемента И позволило исключить запись координат полупроводниковой квантовой точки с параметрами, не вошедшими в допусковый интервал, определяемый окном ожидания информационной части отклика.The introduction of the second 12 element And made it possible to exclude the recording of the coordinates of the semiconductor quantum dot with parameters not included in the tolerance interval determined by the wait window for the information part of the response.
Введение блока 14 памяти соединенного с адресными шинами формирователя 1 координат XY позволяет без преобразования координат осуществить сканирование при переходе с линейной скоростью на нелинейную и запись координат полупроводниковых квантовых точек, непосредственно находящихся под электропроводной иглой, независимо от последовательности перемещения иглы при сканировании (по прямой или по спирали).The introduction of the memory unit 14 connected to the address bus of the
Введение блока индикации 15 координат XY обнаруженных полупроводниковых квантовых точек с параллельным доступом позволило исключить процедуру преобразования координат при отображении полупроводниковой квантовой точки.The introduction of an indication block of 15 XY coordinates of the detected parallel-access semiconductor quantum dots made it possible to exclude the coordinate conversion procedure when displaying a semiconductor quantum dot.
Введение всех перечисленных блоков с их связями позволяет провести обнаружение и классификацию полупроводниковых квантовых точек, как в однослойных, так и многослойных наноструктурах при топологической композиции квантовых точек из разных материалов и с разным временем флуоресценции.The introduction of all these blocks with their bonds allows the detection and classification of semiconductor quantum dots, both in single-layer and multilayer nanostructures with the topological composition of quantum dots from different materials and with different fluorescence times.
Устройство (Фиг.1), реализующее способ обнаружения квантовых точек, содержит формирователь 1 адреса сканирования по координатам XY, позиционер 2 иглы по координате Z, электропроводящую нанометрового размера иглу 3 с пикосекундным разрешением, координатный 4 стол с позиционерами по координатам XY, первый 5, второй 6, третий 7, четвертый 8 программируемые одновибраторы, программируемый 9 усилитель, компаратор 10, первый 11 и второй 12 элементы И, одновибратор 13, блок 14 памяти, блок индикации 15 координат XY обнаруженных полупроводниковых квантовых точек, диагностируемый образец 16 с полупроводниковыми квантовыми точками.The device (Fig. 1) that implements a method for detecting quantum dots includes a
На Фиг.1 также приведены сигналы «Пуск» и «Запись». Установочный сигнал «Пуск» служит для начального включения устройства, осуществляет начальный запуск первого 5 программируемого одновибратора. Дальнейшая работа по поиску и обнаружению полупроводниковых квантовых точек происходит автоматически. Сигнал «Запись» служит для записи координат XY обнаруженной квантовой точки в блок 14 памяти.Figure 1 also shows the signals "Start" and "Record". The “Start” installation signal serves for the initial switching on of the device; it carries out the initial start of the first 5 programmable one-shots. Further work on the search and detection of semiconductor quantum dots occurs automatically. The “Record” signal is used to record the XY coordinates of the detected quantum dot in the memory unit 14.
Усилитель 9 может быть реализован на базе микросхемы HMC625LP5 (6- разрядный цифровой усилитель с полосой пропускания до 6 ГГц, с регулированным усилением, с параллельным и последовательным доступом программирования коэффициента усиления) компании Hittite Micro-ware и конструктивно расположен в непосредственной близости от диагностируемого образца с целью повышения помехоустойчивости. Компоратор 10 может быть реализован на микросхеме ADSM 572 компании ANALOG DEVICES с быстродействием 8 ГГц и временем задержки прохождения сигнала не более 170 пикосекунд или на компараторе HMC874LC3C компании Hittite Microware с быстродействием 20 ГГц и временем задержки прохождения сигнала не более 120 пикосекунд. Одновибраторы (5, 6, 7, 8, 13) и элементы И (11, 12) могут быть реализованы на цифровых серийных микросхемам с рабочей частотой до 13 ГГц и временем нарастания и спада сигнала 18-17 пикосекунд, той же компании Hittite Microware (www.hittite.com). Блок 14 памяти реализован на типовой перепрограммируемой (EEPROM) микросхеме памяти, блок 15 индикации обнаруженных полупроводниковых квантовых точек реализован на типовом матричном жидкокристаллическом индикаторе.Amplifier 9 can be implemented on the basis of the HMC625LP5 chip (6-bit digital amplifier with a bandwidth of up to 6 GHz, with adjustable gain, with parallel and sequential gain programming access) by Hittite Micro-ware and is structurally located in the immediate vicinity of the diagnosed sample with the purpose of increasing noise immunity. Comparator 10 can be implemented on ANALOG DEVICES ADSM 572 chip with a speed of 8 GHz and a signal delay time of not more than 170 picoseconds or on a Hittite Microware comparator HMC874LC3C with a speed of 20 GHz and a signal delay time of no more than 120 picoseconds. Single vibrators (5, 6, 7, 8, 13) and I elements (11, 12) can be implemented on digital serial microcircuits with an operating frequency of up to 13 GHz and a rise and fall time of a signal of 18-17 picoseconds from the same Hittite Microware company ( www.hittite.com). The memory unit 14 is implemented on a typical reprogrammable (EEPROM) memory chip, the display unit 15 for detecting detected semiconductor quantum dots is implemented on a typical matrix liquid crystal display.
Выход первого 5 программируемого одновибратора соединен с управляющим входом формирователя 1 адресов сканирования по координатам XY, с входом позиционера 2 иглы по координате Z и входом второго 6 программируемого одновибратора, выход которого соединен с диагностируемым образцом 16 с квантовыми точками через токопроводящею нанометрового размера иглу 3 и входом третьего 7 программируемого одновибратора, выход которого соединен с входом четвертого 8 программируемого одновибратора, выход которого соединен с управляющим входом первого 5 программируемого одновибратора и первыми входами второго 12 и первого 11 элемента И, причем второй вход первого 11 элемента И соединен с выходом компаратора 10, вход которого соединен с выходом программируемого 9 усилителя, вход которого соединен с проводящей подложкой диагностируемого образца 16 с полупроводниковыми квантовыми точками, а выход первого 11 элемента И соединен с управляющим входом одновибратора 13, выход которого соединен со вторым входом второго 12 элемента И, выход которого соединен с входом «Запись» блока 14 памяти, выход которого соединен с информационным входом блока индикации 15 координат XY обнаруженных полупроводниковых квантовых точек, адресные шины XY блока индикации 15 обнаруженных полупроводниковых квантовых точек и блока 14 памяти соединены соответственно с адресными выходами XY формирователя адреса 1 сканирования, а установочный вход первого 5 программируемого одновибратора соединен с сигналом «Пуск».The output of the first 5 programmable single-vibrator is connected to the control input of the shaper 1 of the scan address in XY coordinates, with the input of the needle positioner 2 in the Z coordinate and the input of the second 6 programmable single-vibrator, the output of which is connected to the diagnosed sample 16 with quantum dots through a conductive nanometer-sized needle 3 and the input the third 7 programmable one-shot, the output of which is connected to the input of the fourth 8 programmable one-shot, the output of which is connected to the control input of the first 5 program of an ammable one-shot and the first inputs of the second 12 and first 11 element And, and the second input of the first 11 element And is connected to the output of the comparator 10, the input of which is connected to the output of the programmable 9 amplifier, the input of which is connected to the conductive substrate of the diagnosed sample 16 with semiconductor quantum dots, and the output of the first 11 And element is connected to the control input of the one-shot 13, the output of which is connected to the second input of the second 12 And element, the output of which is connected to the "Record" input of the memory unit 14, the output of which is it is single with the information input of the display unit 15 coordinates XY of the detected semiconductor quantum dots, the address lines XY of the display unit 15 of the detected semiconductor quantum dots and the memory unit 14 are connected respectively to the address outputs XY of the shaper of the address 1 of the scan, and the installation input of the first 5 programmable one-shot is connected to the signal " Start".
Устройство работает следующим образом: перед началом работы для осуществления идентификации характеристик полупроводниковых квантовых точек, входящих в заданный допусковый класс электродинамических параметров, производят программирование установкой кодовых последовательностей для преобразования двоичного кода в длительность импульсов для программируемых (5, 6, 7, 8) одновибраторов и двоичного кода в соответствующий коэффициент усиления для программируемого 9 усилителя в следующей последовательности:The device operates as follows: before starting work, to identify the characteristics of semiconductor quantum dots included in a given tolerance class of electrodynamic parameters, programming is performed by setting code sequences to convert the binary code to the pulse duration for programmable (5, 6, 7, 8) single vibrators and binary code in the corresponding gain for the programmable 9 amplifier in the following sequence:
- в первый 5 программируемый одновибратор вводится двоичный код величины длительности Т1, которая определяется быстродействием позиционера координатного стола 4 для пошагового перехода с одной точки на другую при растровом или спиральном сканировании диагностируемого образца 16 с полупроводниковыми квантовыми точками;- in the first 5 programmable one-shot, a binary code of the duration T1 is entered, which is determined by the speed of the positioner of the coordinate table 4 for a step-by-step transition from one point to another during raster or spiral scanning of the diagnosed sample 16 with semiconductor quantum dots;
- во второй 6 программируемый одновибратор вводится двоичный код величины длительности Т2 которая должна быть не менее удвоенного времени флуоресценции материала диагностируемого класса полупроводниковых квантовых точек и амплитудой, достаточной для наблюдения ее релаксации;- in the second 6 programmable one-shot, a binary code of the duration T2 is entered, which should be at least twice the fluorescence time of the material of the diagnosed class of semiconductor quantum dots and with an amplitude sufficient to observe its relaxation;
- в третий 7 программируемый одновибратор вводится двоичный код временного интервала Т3, времени задержки для смещения временного окна при выделении информационной части отклика относительно заднего фронта стимулирующего импульса, выдаваемого с выхода второго 6 программируемого одновибратора;- in the third 7 programmable one-shot, the binary code of the time interval T3, the delay time for shifting the time window when entering the information part of the response relative to the trailing edge of the stimulating pulse issued from the output of the second 6 programmable one-shot is entered;
- в четвертый 8 программируемый одновибратор вводится двоичный код максимального допускового временного интервала Т4, равный длительности временного окна для осуществления идентификации полупроводниковой квантовой точки по длительности информационной части сигналов откликов, входящих в выбранный допусковый класс;- in the fourth 8 programmable one-shot, the binary code of the maximum tolerance time interval T4 is entered, equal to the duration of the time window for identifying the semiconductor quantum dot by the duration of the information part of the response signals included in the selected tolerance class;
- в программируемый 9 усилитель вводится двоичный код, задающий коэффициент усиления в зависимости от полупроводникового материала квантовой точки и амплитуды стимулирующего импульса, поступающего на диагностируемую квантовую точку с выхода второго 6 программируемого одновибратора.- a binary code is entered into the programmable 9 amplifier, which sets the gain depending on the semiconductor material of the quantum dot and the amplitude of the stimulating pulse supplied to the diagnosed quantum dot from the output of the second 6 programmable one-shot.
Пуск устройства осуществляется следующим образом: сигнал «Пуск» подается на установочный вход первого 5 программируемого одновибратора на выходе которого формируется импульсный сигнал (длительностью Т1), который поступает на вход позиционера 2 иглы по координате Z, прижимая электропроводящую иглу 3 к диагностируемой подложке образца 16 с полупроводниковыми квантовыми точками. Одновременно этот сигнал поступает на управляющий вход второго 6 программируемого одновибратора, который через интервал, равный максимальному времени прижатия иглы 3 выдает через электропроводящую иглу стимулирующий импульс на вероятную квантовую точку, расположенную по поисковому адресу с координатами XY точки соприкосновения иглы с поверхностью диагностируемого образца 16. Стимулирующий импульс (длительностью Т2) с выхода второго 6 программируемого одновибратора, пройдя через вероятную полупроводниковую квантовую точку, приобретает уникальную форму сигнала отклика, соответствующею электродинамическим параметрам данной диагностируемой полупроводниковой квантовой точки, поступает на вход программируемого 9 усилителя, с выхода которого аналоговый сигнал отклика поступает на вход компаратора 10, который преобразует аналоговый сигнал в дискретный сигнал. Одновременно по заднему фронту стимулирующего сигнала, третий 7 программируемый одновибратор формирует сигнал задержки (длительностью Т3), сигнала открытия окна временного сравнения. По заднему фронту сигнала задержки (Т3) открытия окна временного сравнения четвертый 8 программируемый одновибратор формирует сигнал открытия окна временного сравнения (длительностью Т4). Выделение из всей длительности сигнала отклика информационной части длительности сигнала отклика осуществляется с помощью первого 11 элемента И временным сравнением длительности дискретного сигнала отклика, поступающего на его первый вход, с сигналом открытия окна временного сравнения (Т4), поступающего на второй вход, (задержанного на интервал (Т3) относительно стимулирующего сигнала (Т2). При совпадении сигналов по времени на выходе первого 11 элемента И появляется сигнал, который запускает одновибратор 13, длительность которого определяется минимальным временем устойчивой записи данных в блок 14 памяти. Сигнал с выхода одновибратора 13 поступает на первый вход второго 12 элемента И, на второй вход которого поступает сигнал с выхода четвертого 8 программируемого одновибратора. Задний фронт, этого сигнала запрещает прохождение сигнала записи координат XY в блок 14 памяти в случаях появления откликов, не соответствующих установленным временным интервалам, относительно заднего фронта стимулирующего импульса (Т2). При появлении сигнала «Запись» на входе блока 14 памяти, поступившего с выхода второго 12 элемента И, по адресу, соответствующему координатам XY полупроводниковой квантовой точки, записывается логическая «1» которая отображается на экране блока индикации 15 координат XY обнаруженных полупроводниковых квантовых точек в виде светящейся точки. По истечении максимального времени ожидания информационной части отклика сигнала, соответствующего допусковым временным параметрам выбранного класса полупроводниковых квантовых точек, четвертый 8 программируемый одновибратор задним фронтом импульса (Т4) запускает первый 5 программируемый одновибратор, который увеличивает адрес на «1» формирователя 1 адреса сканирования по координатам XY, и который в свою очередь сдвигает иглу 3 нанометрового размера для дальнейшего поиска на один шаг, после чего цикл идентификации каждой новой вероятной полупроводниковой квантовой точки повторяется.The device is started as follows: the “Start” signal is applied to the installation input of the first 5 programmable one-shots at the output of which a pulse signal is generated (duration T1), which is fed to the input of the
На Фиг.3 приведены временные диаграммы, поясняющие работу устройства, реализующего способ, где временные диаграммы представлены в виде трех возможных вариантов результатов поиска полупроводниковой квантовой точки (1 вариант - в левой части; 2 вариант- в центральной части, 3 вариант - в правой части), где:Figure 3 shows the time diagrams explaining the operation of the device that implements the method, where the time diagrams are presented in the form of three possible variants of the search results for the semiconductor quantum dot (1 option - in the left part; 2 option - in the central part, 3 option - in the right part ), where:
1 вариант - длительность информационной части отклика τ1 входит в временной интервал окна допусковой зоны (длительностью Т4) (выполняется соотношение Т3<τ1<Т4) - координаты X1, Y1 идентифицируется как местоположение обнаруженной полупроводниковой квантовой точки (результат «полупроводниковая квантовая точка обнаружена») координаты записываются в блок 14 памяти;Option 1 - the duration of the information part of the response τ 1 is included in the time interval of the tolerance zone window (duration T4) (the relation T3 <τ 1 <T4 is satisfied) - the coordinates X 1 , Y 1 are identified as the location of the detected semiconductor quantum dot (the result is “semiconductor quantum dot detected ") the coordinates are recorded in the block 14 of the memory;
2 вариант - длительность информационной части отклика τ2 больше интервала допусковой зоны (Т4) (выполняется соотношение τ2>Т3; τ2>Т4) структура, расположенная под иглой, не соответствует параметрам полупроводниковой квантовой точки (результат «полупроводниковая квантовая точка не обнаружена») координаты Х2, Y2 не записываются в блок 14 памяти;Option 2 - the duration of the information part of the response τ 2 is greater than the tolerance zone interval (T4) (the relation τ 2 >T3; τ 2 > T4 is fulfilled) the structure located under the needle does not correspond to the parameters of the semiconductor quantum dot (the result is “no semiconductor quantum dot detected” ) the coordinates of X 2 , Y 2 are not recorded in block 14 of the memory;
3 вариант - длительность информационной части отклика τ3 меньше допускового интервала (ТЗ) необходимого для начала идентификации полупроводниковой квантовой точки (выполняется соотношение τ3<Т3; τ3<Т4) (информационная часть отклика отсутствует) - структура, расположенная под иглой, не соответствует разбросам параметров полупроводниковой квантовой точки (результат «полупроводниковая квантовая точка не обнаружена») координаты X3, Y3 не записываются в блок 14 памяти.Option 3 - the duration of the information part of the response τ 3 is less than the tolerance interval (TK) necessary to start identification of the semiconductor quantum dot (the relation τ 3 <Т3; τ 3 <Т4 is fulfilled) (the information part of the response is absent) - the structure located under the needle does not correspond scatter of parameters of a semiconductor quantum dot (the result is “no semiconductor quantum dot was detected”), the coordinates X 3 , Y 3 are not recorded in the memory unit 14.
На Фиг.3 представлены следующие эпюры:Figure 3 presents the following diagrams:
A) сигнал на выходе первого 5 программируемого одновибратора (длительностью Т1);A) a signal at the output of the first 5 programmable single vibrator (duration T1);
Б) стимулирующий сигнал на выходе второго 6 программируемого одновибратора (длительностью Т2);B) a stimulating signal at the output of the second 6 programmable one-shot (duration T2);
B) аналоговый сигнал отклика на входе программируемого 9 усилителя;B) an analog response signal at the input of a programmable 9 amplifier;
Г) дискретный сигнал отклика на выходе компаратора 10;D) a discrete response signal at the output of the comparator 10;
Д) сигнал задержки сигнала открытия окна временного сравнения на выходе третьего 7 программируемого одновибратора (длительностью Т3);E) the delay signal of the signal to open the window of the temporary comparison at the output of the third 7 programmable one-shot (duration T3);
Ж) сигнал открытия окна временного сравнения на выходе четвертого 8 программируемого одновибратора (длительностью Т4);G) the signal for opening the window of the temporary comparison at the output of the fourth 8 programmable one-shot (duration T4);
З) выделенная информационная часть сигнала отклика на выходе первого 11 элемента И;H) the selected information part of the response signal at the output of the first 11 AND element;
И) нормализированный по длительности предварительный сигнал записи на выходе одновибратора 13;And) normalized by the duration of the preliminary recording signal at the output of the single-shot 13;
К) сигнал «Запись» координат XY обнаруженной полупроводниковой квантовой точки на выходе второго 12 элемента И.K) the signal "Record" of the XY coordinates of the detected semiconductor quantum dot at the output of the second 12 element I.
Устройство может быть реализовано на базе быстродействующих пикосекундных микросхемах средней интеграции, например, компании Hittite Microware или ANALOG DEVICES или на быстродействующих ПЛИС (программируемых логических интегральных схемах).The device can be implemented on the basis of high-speed picosecond microcircuits of medium integration, for example, Hittite Microware or ANALOG DEVICES, or on high-speed FPGAs (programmable logic integrated circuits).
Предложенное техническое решение позволяет более достоверно по сравнению с известными обнаружить и классифицировать полупроводниковые квантовые точки, принадлежащие к заданному допусковому классу по параметрам и отобразить их топологию, что ранее было невозможно осуществить известными устройствами.The proposed technical solution allows more reliable in comparison with the known to detect and classify semiconductor quantum dots belonging to a given tolerance class in terms of parameters and display their topology, which was previously impossible to implement with known devices.
Источники информацииInformation sources
1. Новотный Л., Хехт Б. Основы нанооптики: Пер.с англ. / Под ред. В.В. Самарцева. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. - 484 с. - ISBN 978-5-9221-1095-2.1. Novotny L., Hecht B. Fundamentals of nanooptics: Transl. From English. / Ed. V.V. Samartseva. - M.: FIZMATLIT, 2009 .-- 484 p. - ISBN 978-5-9221-1095-2.
2. Климов В.В. Наноплазмоника. - 2 е изд., испр. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010 - 480 с. - ISBN 978-59221-1205-5.2. Klimov V.V. Nanoplasmonics. - 2nd ed., Rev. - M.: FIZMATLIT, 2010 - 480 p. - ISBN 978-59221-1205-5.
3. Федотов А.В., Рухленко И.Д., Баранов А.В., Кручинин С.Ю., Оптические свойства полупроводниковых квантовых точек. - СПб.: Наука, 2011. - 188 с. - ISBN 978-5-02-025402-2.3. Fedotov AV, Rukhlenko ID, Baranov AV, Kruchinin S.Yu., Optical properties of semiconductor quantum dots. - St. Petersburg: Nauka, 2011 .-- 188 p. - ISBN 978-5-02-025402-2.
4. Pub. №US 2006/0128034 A1 Jim. 15, 2006 (DIAGNOSTIC TEST USING GATED MEASUREMENT OF FLUORESCENCE FROM QUANTUM DOTS).4. Pub. US No. 2006/0128034 A1 Jim. 15, 2006 (DIAGNOSTIC TEST USING GATED MEASUREMENT OF FLUORESCENCE FROM QUANTUM DOTS).
5 H.T. Баграев, А.Д. Буравлев, Л.Е. Клячкин, A.M. Маляренко, В. Гельхофф, Ю.И. Романов, С.А. Рыков Локальная туннельная спектроскопия кремниевых наноструктур. Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып.6.5 H.T. Bagraev, A.D. Buravlev, L.E. Klyachkin, A.M. Malyarenko, V. Gelhoff, Yu.I. Romanov, S.A. Rykov Local tunneling spectroscopy of silicon nanostructures. Physics and Technology of Semiconductors, 2005, Volume 39, Issue 6.
6. Зубков В.И. Спектроскопия адмиттанса - эффективный метод диагностики полупроводниковых квантоворазмерных структур // ISSN 1995-4565. Приложение к журналу «Вестник РГРТУ» №4. Рязань, 2009.6. Zubkov V.I. Admittance spectroscopy is an effective diagnostic method for semiconductor quantum-dimensional structures // ISSN 1995-4565. Appendix to the journal "Vestnik RGRTU" No. 4. Ryazan, 2009.
7. Patent №US 7,856,665 B2 Dec.21, 2010 (APPARATUS AND METHOD FOR SCANNING CAPACITANCE MICROSCOPY AND SPECTROSCOPY).7. Patent No.US 7,856,665 B2 Dec.21, 2010 (APPARATUS AND METHOD FOR SCANNING CAPACITANCE MICROSCOPY AND SPECTROSCOPY).
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012113955/28A RU2493631C1 (en) | 2012-04-11 | 2012-04-11 | Method of detecting quantum dots and apparatus for realising said method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012113955/28A RU2493631C1 (en) | 2012-04-11 | 2012-04-11 | Method of detecting quantum dots and apparatus for realising said method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2493631C1 true RU2493631C1 (en) | 2013-09-20 |
Family
ID=49183560
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012113955/28A RU2493631C1 (en) | 2012-04-11 | 2012-04-11 | Method of detecting quantum dots and apparatus for realising said method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2493631C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6346431B1 (en) * | 2000-07-10 | 2002-02-12 | Lg Electronics Inc. | Quantum dot infrared detection device and method for fabricating the same |
| US20060128034A1 (en) * | 2004-12-10 | 2006-06-15 | Petruno Patrick T | Diagnostic test using gated measurement of fluorescence from quantum dots |
| US7367505B2 (en) * | 2003-06-12 | 2008-05-06 | California Institute Of Technology | Method and a system to dispense and detect fluorescent quantum dots |
| RU2008132743A (en) * | 2006-01-19 | 2010-02-27 | Зе Рисерч Фаундейшн Оф Стейт Юниверсити Оф Нью Йорк, Сша (Us) | METHODS AND DEVICES FOR DETECTION AND IDENTIFICATION OF CODED GRANULES AND BIOLOGICAL MOLECULES |
| US7695988B2 (en) * | 2004-11-16 | 2010-04-13 | Cornell Research Foundation, Inc. | Quantum dot conjugates in a sub-micrometer fluidic channel |
| US7856665B2 (en) * | 2006-11-15 | 2010-12-21 | Asylum Research Corporation | Apparatus and method for scanning capacitance microscopy and spectroscopy |
-
2012
- 2012-04-11 RU RU2012113955/28A patent/RU2493631C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6346431B1 (en) * | 2000-07-10 | 2002-02-12 | Lg Electronics Inc. | Quantum dot infrared detection device and method for fabricating the same |
| US7367505B2 (en) * | 2003-06-12 | 2008-05-06 | California Institute Of Technology | Method and a system to dispense and detect fluorescent quantum dots |
| US7695988B2 (en) * | 2004-11-16 | 2010-04-13 | Cornell Research Foundation, Inc. | Quantum dot conjugates in a sub-micrometer fluidic channel |
| US20060128034A1 (en) * | 2004-12-10 | 2006-06-15 | Petruno Patrick T | Diagnostic test using gated measurement of fluorescence from quantum dots |
| RU2008132743A (en) * | 2006-01-19 | 2010-02-27 | Зе Рисерч Фаундейшн Оф Стейт Юниверсити Оф Нью Йорк, Сша (Us) | METHODS AND DEVICES FOR DETECTION AND IDENTIFICATION OF CODED GRANULES AND BIOLOGICAL MOLECULES |
| US7856665B2 (en) * | 2006-11-15 | 2010-12-21 | Asylum Research Corporation | Apparatus and method for scanning capacitance microscopy and spectroscopy |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20230358829A1 (en) | Method and apparatus for measuring magnetic field strength | |
| US10180402B2 (en) | Method and apparatus for conducting automated integrated circuit analysis | |
| JP6535837B2 (en) | Synchronization pulse LADA for simultaneous acquisition of timing diagram and laser induced upset | |
| CN107300629B (en) | Scan probe scaling method | |
| CN112313782B (en) | Semiconductor inspection device | |
| KR20160066028A (en) | Application of electron-beam induced plasma probes to inspection, test, debug and surface modifications | |
| CN106324486A (en) | Optical nanoprobing of integrated circuits | |
| CN109916883A (en) | Transient Photoelectrochemical Microscope and Transient Electrochemical Process Measurement Method | |
| CN102279288A (en) | Device and method for measuring sample interface potential barrier by atomic force microscope | |
| CN108303396A (en) | Terahertz time-domain pulse signal acquisition methods, devices and systems | |
| CN109799369A (en) | Atomic force microscope external equipment multi-parameter in-situ measurement system and measurement method | |
| RU2493631C1 (en) | Method of detecting quantum dots and apparatus for realising said method | |
| TWI823125B (en) | Charged-particle beam apparatus and related non-transitory computer readable medium | |
| US5550479A (en) | Signal measuring apparatus and signal measuring method | |
| Hagmann | Scanning frequency comb microscopy—A new method in scanning probe microscopy | |
| JP2005294449A (en) | Inspection method and inspection equipment of semiconductor device | |
| US6423967B1 (en) | Detection apparatus and detection method to be used for scanning probe and observation apparatus and observation method | |
| CN104062324A (en) | Electrochemical detection device for scanning the appearance of local area | |
| Laskar et al. | Adaptive Scalpel Scanning Probe Microscopy for Enhanced Volumetric Sensing in Tomographic Analysis | |
| US20240168082A1 (en) | Mems device measurements using pulse measure unit | |
| JP2002323429A (en) | Scanning probe microscope | |
| Ji et al. | Combined Effect of Short Rise Time and Relative Humidity on the Partial Discharge Inception Mechanism in Rotating Electrical Machines Insulation | |
| CN103884690A (en) | One-dimensional nano structure type three-dimensional direction microcell photovoltaic and lighting representing system and method | |
| CN102520213B (en) | Interface barrier measurement device and method | |
| JP2648947B2 (en) | Inspection equipment for semiconductor devices |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150412 |