Сканирующая емкостная микроскопия
Сканирующая емкостная микроскопия ( СКМ ) — это разновидность сканирующей зондовой микроскопии , при которой узкий зондовый электрод располагается в контакте или в непосредственной близости от поверхности образца и сканируется. SCM характеризует поверхность образца, используя информацию, полученную из изменения электростатической емкости между поверхностью и зондом.
История
[ редактировать ]Название «Сканирующая емкостная микроскопия» впервые было использовано для описания инструмента контроля качества RCA/CED ( емкостного электронного диска ). [1] технология видеодисков, которая была предшественницей DVD. С тех пор он был адаптирован для использования в сочетании со сканирующими зондовыми микроскопами для измерения других систем и материалов, причем наиболее распространенным является профилирование легирования полупроводников.
В SCM, применяемом к полупроводникам, используется сверхострый проводящий зонд (часто тонкопленочное металлическое покрытие Pt/Ir или Co/Cr, нанесенное на травленый кремниевый зонд) для формирования конденсатора металл-изолятор-полупроводник (МДП/МОП) с образцом полупроводника, если присутствует родной оксид. Когда оксида нет, образуется конденсатор Шоттки. Когда зонд и поверхность находятся в контакте, смещение, приложенное между зондом и образцом, будет вызывать изменения емкости между зондом и образцом. Метод емкостной микроскопии, разработанный Уильямсом и др. использовал датчик емкости видеодиска RCA, подключенный к зонду, чтобы обнаружить крошечные изменения поверхностной емкости полупроводника (от аттофарад до фемтофарад). Затем игла сканируется по поверхности полупроводника, а высота иглы контролируется обычной обратной связью по контактному усилию.
При приложении переменного смещения к зонду с металлическим покрытием носители поочередно накапливаются и истощаются в поверхностных слоях полупроводника, изменяя емкость зонд-образец. Величина этого изменения емкости при приложенном напряжении дает информацию о концентрации носителей заряда (данные амплитуды SCM), тогда как разность фаз между изменением емкости и приложенным переменным смещением несет информацию о знаке носителей заряда (SCM данные фазы). Поскольку SCM функционирует даже через изолирующий слой, для измерения электрических свойств не требуется конечная проводимость.
Разрешение
[ редактировать ]На проводящих поверхностях предел разрешения оценивается в 2 нм. [2] Для высокого разрешения необходим быстрый анализ емкости конденсатора с шероховатым электродом. [3] [4] Это разрешение SCM на порядок лучше, чем оцененное для атомного наноскопа ; однако, как и другие виды зондовой микроскопии , СКМ требует тщательной подготовки анализируемой поверхности, которая должна быть практически ровной.
Приложения
[ редактировать ]Благодаря высокому пространственному разрешению СКМ, [2] это полезный инструмент для определения характеристик наноспектроскопии. Некоторые применения метода SCM включают отображение профиля легирующей примеси в полупроводниковом устройстве в масштабе 10 нм. [5] Количественное определение локальных диэлектрических свойств в гафния диэлектрических пленках high-k на основе атомно-слоевого осаждения , выращенных методом [6] и исследование резонансной электронной структуры отдельных германиевых квантовых точек различной формы при комнатной температуре. [7] Высокая чувствительность динамической сканирующей емкостной микроскопии, [8] В котором сигнал емкости периодически модулируется движением кончика атомно-силового микроскопа (АСМ), использовался для изображения сжимаемых и несжимаемых полосок в двумерном электронном газе ( 2DEG ), скрытом на 50 нм под изолирующим слоем в большом магнитном поле. поле и при криогенных температурах. [9]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Мэти, младший; Дж. Блан (1985). «Сканирующая емкостная микроскопия». Журнал прикладной физики . 57 (5): 1437–1444. Бибкод : 1985JAP....57.1437M . дои : 10.1063/1.334506 .
- ^ Jump up to: а б Лани С; Хрушкович М (2003). «Предел разрешения сканирующих емкостных микроскопов». Физический журнал Д. 36 (5): 598–602. дои : 10.1088/0022-3727/36/5/326 . S2CID 250739911 .
- ^ Н.К.Брюс; А.Гарсия-Валенсуэла, Д.Кузнецов (2000). «Предел поперечного разрешения для визуализации периодических проводящих поверхностей в емкостной микроскопии». Физический журнал Д. 33 (22): 2890–2898. Бибкод : 2000JPhD...33.2890B . дои : 10.1088/0022-3727/33/22/305 . S2CID 250860393 .
- ^ Н.К.Брюс; А.Гарсия-Валенсуэла, Д.Кузнецов (1999). «Конденсатор с шероховатой поверхностью: приближения емкости с помощью элементарных функций». Физический журнал Д. 32 (20): 2692–2702. Бибкод : 1999JPhD...32.2692B . дои : 10.1088/0022-3727/32/20/317 . S2CID 250847143 .
- ^ CC Уильямс (1999). «Двумерное профилирование легирующих примесей методом сканирующей емкостной микроскопии». Ежегодный обзор исследований материалов . 29 : 471–504. Бибкод : 1999AnRMS..29..471W . дои : 10.1146/annurev.matsci.29.1.471 .
- ^ Ю. Найто; А. Андо; Х. Огисо; С. Камияма; Ю. Нара; К. Накамура (2005). «Пространственные флуктуации диэлектрических свойств в пленках затвора high-k на основе Hf, изученные методом сканирующей емкостной микроскопии». Письма по прикладной физике . 87 (25): от 252908–1 до 252908–3. Бибкод : 2005ApPhL..87y2908N . дои : 10.1063/1.2149222 .
- ^ Кин Мун Вонг (2009). «Исследование электронной структуры отдельных отдельно стоящих наноточек германия с помощью спектроскопической сканирующей емкостной микроскопии» . Японский журнал прикладной физики . 48 (8): от 085002–1 до 085002–12. Бибкод : 2009JaJAP..48h5002W . дои : 10.1143/JJAP.48.085002 .
- ^ А. Баумгартнер; М. Е. Саддардс и Си Джей Меллор (2009). «Низкотемпературный и сильномагнитный динамический сканирующий емкостной микроскоп». Обзор научных инструментов . 80 (1): 013704–013704–8. arXiv : 0812.4146 . Бибкод : 2009RScI...80a3704B . дои : 10.1063/1.3069289 . ПМИД 19191438 . S2CID 41495684 .
- ^ М. Е. Саддардс, А. Баумгартнер, М. Хенини и С. Дж. Меллор (2012). «Сканирующая емкостная визуализация сжимаемых и несжимаемых краевых полос квантового эффекта Холла». Новый журнал физики . 14 (8): 083015. arXiv : 1202.3315 . Бибкод : 2012NJPh...14h3015S . дои : 10.1088/1367-2630/14/8/083015 . S2CID 119118779 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
