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.
REFERENCES
1.
E.
Pop
, Nano Res.
3
, 147
(2010
).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.
B. K.
Ridley
, Rep. Prog. Phys.
54
, 169
(1991
).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.
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.
A.
Kamgar
, Solid-State Electron.
25
, 537
(1982
).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
).41.
D.
Long
, Phys. Rev.
120
, 2024
(1960
).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
).© 2025 Author(s). Published under an exclusive license by AIP Publishing.
2025
Author(s)
You do not currently have access to this content.
