A method for measuring the electron temperature in the inversion layer of Si metal-oxide-semiconductor structures is presented. This technique utilizes a nano-transistor as a thermometer, placed in close proximity to the inversion layer under investigation, enabling measurements of the electron temperature for values above approximately 10 K. When applied to Joule-heating experiments, this method reveals a notable discrepancy between the measurement results and predictions made by the conventional theory based on the deformation-potential coupling with low-energy acoustic phonons. Specifically, the injected-power dependence of the electron temperature is much weaker than expected. The results strongly suggest that another mechanism causing a significant electron energy loss plays a role.

2.
J. T.
Muhonen
,
M.
Meschke
, and
J. P.
Pekola
,
Rep. Prog. Phys.
75
,
046501
(
2012
).
3.
D.
Braga
,
S.
Li
, and
F.
Fahim
,
IEEE Solid-State Circuits Mag.
13
,
36
(
2021
).
4.
S. J.
Pauka
,
K.
Das
,
R.
Kalra
,
A.
Moini
,
Y.
Yang
,
M.
Trainer
,
A.
Bousquet
,
C.
Cantaloube
,
N.
Dick
,
G. C.
Gardner
,
M. J.
Manfra
, and
D. J.
Reilly
,
Nat. Electron.
4
,
64
(
2021
).
5.
X.
Xue
,
B.
Patra
,
J. P. G.
van Dijk
,
N.
Samkharadze
,
S.
Subramanian
,
A.
Corna
,
B. P.
Wuetz
,
C.
Jeon
,
F.
Sheikh
,
E.
Juarez-Hernandez
,
B. P.
Esparza
,
H.
Rampurawala
,
B.
Carlton
,
S.
Ravikumar
,
C.
Nieva
,
S.
Kim
,
H.-J.
Lee
,
A.
Sammak
,
G.
Scappucci
,
M.
Veldhorst
,
F.
Sebastiano
,
M.
Babaie
,
S.
Pellerano
,
E.
Charbon
, and
L. M. K.
Vandersypen
,
Nature
593
,
205
(
2021
).
6.
7.
F.
Giazotto
,
T. T.
Heikkilä
,
A.
Luukanen
,
A. M.
Savin
, and
J. P.
Pekola
,
Rev. Mod. Phys.
78
,
217
(
2006
).
8.
L. T.
Su
,
J. E.
Chung
,
D. A.
Antoniadis
,
K. E.
Goodson
, and
M. I.
Flik
,
IEEE Trans. Electron Devices
41
,
69
(
1994
).
9.
G. M.
Noah
,
T. H.
Swift
,
M.
De Kruijf
,
A.
Gomez-Saiz
,
J. J. L.
Morton
, and
M. F.
Gonzalez-Zalba
,
Appl. Phys. Rev.
11
,
021414
(
2024
).
10.
T.
Takahashi
,
T.
Matsuki
,
T.
Shinada
,
Y.
Inoue
, and
K.
Uchida
,
IEEE J. Electron Devices Soc.
4
,
365
(
2016
).
11.
K.
Triantopoulos
,
M.
Cassé
,
S.
Barraud
,
S.
Haendler
,
E.
Vincent
,
M.
Vinet
,
F.
Gaillard
, and
G.
Ghibaudo
,
IEEE Trans. Electron Devices
66
,
3498
(
2019
).
12.
P. A. T.
Hart
,
M.
Babaie
,
A.
Vladimirescu
, and
F.
Sebastiano
,
IEEE J. Electron Devices Soc.
9
,
891
(
2021
).
13.
I. M.
Lifshitz
and
A. M.
Kosevich
,
Sov. Phys. JETP
2
,
636
(
1956
).
14.
Y.
Cao
,
V.
Fatemi
,
A.
Demir
,
S.
Fang
,
S. L.
Tomarken
,
J. Y.
Luo
,
J. D.
Sanchez-Yamagishi
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
E.
Kaxiras
,
R. C.
Ashoori
, and
P.
Jarillo-Herrero
,
Nature
556
,
80
(
2018
).
15.
V. T.
Dolgopolov
,
A. A.
Shashkin
,
S. I.
Dorozhkin
, and
E. A.
Vyrodov
,
Zh. Eksp. Teor. Fiz.
89
,
2113
(
1985
).
16.
R.
Fletcher
,
V. M.
Pudalov
,
Y.
Feng
,
M.
Tsaousidou
, and
P. N.
Butcher
,
Phys. Rev. B
56
,
12422
(
1997
).
17.
R. J.
Zieve
,
D. E.
Prober
, and
R. G.
Wheeler
,
Phys. Rev. B
57
,
2443
(
1998
).
18.
K. H.
Park
,
T.
Unuma
,
K.
Hirakawa
, and
S.
Takagi
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
132118
(
2007
).
19.
K.
Nishiguchi
,
Y.
Ono
, and
A.
Fujiwara
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
193502
(
2011
).
20.
H.
Firdaus
,
T.
Watanabe
,
M.
Hori
,
D.
Moraru
,
Y.
Takahashi
,
A.
Fujiwara
, and
Y.
Ono
,
Nat. Commun.
9
,
4813
(
2018
).
21.
K.
Chida
,
A.
Fujiwara
, and
K.
Nishiguchi
,
Appl. Phys. Lett.
121
,
183501
(
2022
).
22.
23.
H.
Bohuslavskyi
,
A. G. M.
Jansen
,
S.
Barraud
,
V.
Barral
,
M.
Cassé
,
L.
Le Guevel
,
X.
Jehl
,
L.
Hutin
,
B.
Bertrand
,
G.
Billiot
,
G.
Pillonnet
,
F.
Arnaud
,
P.
Galy
,
S.
De Franceschi
,
M.
Vinet
, and
M.
Sanquer
,
IEEE Electron Device Lett.
40
,
784
(
2019
).
24.
A.
Beckers
,
F.
Jazaeri
, and
C.
Enz
,
IEEE Electron Device Lett.
41
,
276
(
2020
).
25.
G.
Pahwa
,
P.
Kushwaha
,
A.
Dasgupta
,
S.
Salahuddin
, and
C.
Hu
,
IEEE Trans. Electron Devices
68
,
4223
(
2021
).
26.
A.
Beckers
,
J.
Michl
,
A.
Grill
,
B.
Kaczer
,
M. G.
Bardon
,
B.
Parvais
,
B.
Govoreanu
,
K.
De Greve
,
G.
Hiblot
, and
G.
Hellings
,
IEEE Trans. Nanotechnol.
22
,
590
(
2023
).
27.
A.
Gold
,
J.
Serre
, and
A.
Ghazali
,
Phys. Rev. B
37
,
4589
(
1988
).
28.
R. M.
Jock
,
S.
Shankar
,
A. M.
Tyryshkin
,
J.
He
,
K.
Eng
,
K. D.
Childs
,
L. A.
Tracy
,
M. P.
Lilly
,
M. S.
Carroll
, and
S. A.
Lyon
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
023503
(
2012
).
29.
Q.
Chen
,
B.
Agrawal
, and
J. D.
Meindl
,
IEEE Trans. Electron Devices
49
,
1086
(
2002
).
30.
Q.
Xie
,
C.-J.
Lee
,
J.
Xu
,
C.
Wann
,
J. Y.-C.
Sun
, and
Y.
Taur
,
IEEE Trans. Electron Devices
60
,
1814
(
2013
).
31.
F.
Balestra
,
M.
Benachir
,
J.
Brini
, and
G.
Ghibaudo
,
IEEE Trans. Electron Devices
37
,
2303
(
1990
).
32.
M.
Asheghi
,
M. N.
Touzelbaev
,
K. E.
Goodson
,
Y. K.
Leung
, and
S. S.
Wong
,
J. Heat Transfer
120
,
30
(
1998
).
33.
H. L.
Stormer
,
L. N.
Pfeiffer
,
K. W.
Baldwin
, and
K. W.
West
,
Phys. Rev. B
41
,
1278
(
1990
).
34.
N.
Balkan
,
H.
Celik
,
A. J.
Vickers
, and
M.
Cankurtaran
,
Phys. Rev. B
52
,
17210
(
1995
).
35.
K.
Van Nguyen
and
Y. C.
Chang
,
Phys. Rev. B
103
,
045425
(
2021
).
36.
S. F.
Wang
,
Y. F.
Hsu
,
J. C.
Pu
,
J. C.
Sung
, and
L. G.
Hwa
,
Mater. Chem. Phys.
85
,
432
(
2004
).
37.
T.
Ando
,
A. B.
Fowler
, and
F.
Stern
,
Rev. Mod. Phys.
54
,
437
(
1982
).
38.
J. C. W.
Song
,
M. Y.
Reizer
, and
L. S.
Levitov
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
106602
(
2012
).
39.
M. W.
Graham
,
S.-F.
Shi
,
D. C.
Ralph
,
J.
Park
, and
P. L.
McEuen
,
Nat. Phys.
9
,
103
(
2013
).
40.
A. C.
Betz
,
S. H.
Jhang
,
E.
Pallecchi
,
R.
Ferreira
,
G.
Fève
,
J. M.
Berroir
, and
B.
Plaçais
,
Nat. Phys.
9
,
109
(
2013
).
42.
C.
Canali
,
C.
Jacoboni
,
F.
Nava
,
G.
Ottaviani
, and
A.
Alberigi-Quaranta
,
Phys. Rev. B
12
,
2265
(
1975
).
43.
D.
Roychoudhury
and
P. K.
Basu
,
Phys. Rev. B
22
,
6325
(
1980
).
You do not currently have access to this content.