Сканирующая емкостная микроскопия - Scanning capacitance microscopy
Сканирующая емкостная микроскопия ( СКМ ) - это разновидность сканирующей зондовой микроскопии, при которой узкий электрод зонда 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
Название «Сканирующая емкостная микроскопия» впервые было использовано для описания инструмента контроля качества для RCA / CED ( емкостного электронного диска ), технологии 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 профилирование легирования полупроводников является наиболее распространенным.
В SCM, применяемом к полупроводникам, используется сверхострый проводящий зонд (часто тонкопленочное металлическое покрытие Pt / Ir или Co / Cr, наносимое на протравленный кремниевый зонд) для формирования конденсатора металл-диэлектрик-полупроводник (MIS / MOS) с образцом полупроводника, если присутствует самородный оксид. Когда оксид отсутствует, образуется конденсатор Шоттки. Когда зонд и поверхность находятся в контакте, смещение, приложенное между зондом и образцом, приведет к изменениям емкости между зондом и образцом. Метод емкостной микроскопии, разработанный Williams et. al. использовал датчик емкости видеодиска RCA, подключенный к датчику, для обнаружения крошечных изменений поверхностной емкости полупроводника (от фемптофарад до фемптофарадов). Затем наконечник сканируется по поверхности полупроводника, в то время как высота наконечника регулируется с помощью обычной обратной связи по контактной силе.
При подаче переменного смещения на зонд с металлическим покрытием носители поочередно накапливаются и истощаются в поверхностных слоях полупроводника, изменяя емкость зонд-образец. Величина этого изменения емкости с приложенным напряжением дает информацию о концентрации носителей (данные об амплитуде 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, конечная проводимость не требуется для измерения электрических свойств.
разрешение
На проводящих поверхностях предел разрешения оценивается в 2 нм. Для высокого разрешения требуется быстрый анализ емкости конденсатора с шероховатым электродом. Это разрешение СКМ на порядок лучше, чем предполагаемое для атомного наноскопа ; однако, как и другие виды зондовой микроскопии , СКМ требует тщательной подготовки анализируемой поверхности, которая должна быть почти плоской.
Приложения
Благодаря высокому пространственному разрешению SCM, это полезный инструмент для определения характеристик наноспектроскопии. Некоторые применения метода SCM включают отображение профиля легирующей примеси в полупроводниковом устройстве в масштабе 10 нм, количественную оценку локальных диэлектрических свойств в высококалорийных диэлектрических пленках на основе гафния, выращенных методом осаждения атомных слоев, и исследование комнатной температуры. резонансная электронная структура индивидуальной квантовой точки германия различной формы. Высокая чувствительность динамической сканирующей емкостной микроскопии, в которой сигнал емкости периодически модулируется движением наконечника атомно-силового микроскопа (АСМ), использовалась для изображения сжимаемых и несжимаемых полос в двумерном электронном газе ( 2DEG ), скрытом 50. нм ниже изоляционного слоя в большом магнитном поле и при криогенных температурах.