캐패시턴스 현미경 검사

Scanning capacitance microscopy

스캐닝 캐패시턴스 현미경(SCM)은 좁은 프로브 전극이 샘플 표면과 접촉하거나 근접하게 위치하여 스캔하는 다양한 스캐닝 프로브 현미경이다. SCM은 표면과 프로브 사이의 정전기 캐패시턴스의 변화로부터 얻은 정보를 이용하여 샘플의 표면을 특징짓는다.

역사

스캐닝 캐패시턴스 현미경이라는 이름은 DVD의 전신인 비디오 디스크 기술인 [1]RCA/CED(Capacitance Electronic Disc)의 품질 관리 도구를 설명하기 위해 처음 사용되었다. 반도체 도핑 프로파일링이 가장 보편적인 다른 시스템과 재료를 측정하기 위해 스캔한 탐침 현미경과 함께 사용하도록 개조되었다.

반도체에 적용된 SCM은 초샤프 전도 프로브(종종 식각 실리콘 프로브에 적용된 Pt/Ir 또는 Co/Cr 박막 금속 코팅)를 사용해 네이티브 산화물이 존재하는 경우 반도체 샘플로 금속-인슐레이터-반도체(MIS/MOS) 콘덴서를 형성한다. 산화물이 없을 때 쇼트키 콘덴서가 형성된다. 프로브와 표면이 접촉한 상태에서 팁과 샘플 사이에 바이어스를 적용하면 팁과 샘플 사이에 캐패시턴스 편차가 발생한다. 윌리엄스 등이 개발한 캐패시턴스 현미경 방법은 프로브에 연결된 RCA 비디오 디스크 캐패시턴스 센서(반도체 표면 캐패시턴스(femptofarads to femptofarads)의 미세한 변화를 감지하기 위해 사용했다. 그런 다음 팁은 기존의 접촉력 피드백에 의해 팁 높이가 제어되는 동안 반도체 표면에 걸쳐 스캔된다.

금속 코팅 프로브에 교대로 바이어스를 적용함으로써 캐리어를 반도체 표면층 내에 번갈아 축적하고 고갈시켜 팁샘플 캐패시턴스를 바꾼다. 인가 전압에 따른 캐패시턴스 변화의 크기는 반송파의 농도(SCM 진폭 데이터)에 대한 정보를 제공하는 반면, 캐패시턴스 변화와 인가된 교대 바이어스 사이의 위상 차이는 전하 반송파의 부호(SCM 위상 데이터)에 대한 정보를 전달한다. SCM은 단열층을 통해서도 기능하기 때문에 전기적 특성을 측정하기 위해 유한 전도성이 필요하지 않다.

해상도

전도 표면에서 분해능 한계는 2nm로 추정된다.[2] 고해상도에서는 거친 전극을 가진 캐패시터의 캐패시턴스의 빠른 분석이 필요하다.[3][4] 이 SCM 분해능은 원자 나노스코프에 대해 추정된 것보다 더 나은 크기 순서지만, 다른 종류의 탐사 현미경처럼, SCM은 거의 평평하다고 여겨지는 분석된 표면의 세심한 준비가 필요하다.

적용들

SCM의 높은 공간 분해능 때문에 유용한 나노스펙트럼 특성화 툴이다.[2] SCM기법의 몇몇 어플리케이션hafnium-basedhigh-k 유전 영화의 지역 유전 성질 원자 층 침적 method[6]와 개인의 게르마늄의 방 온도 낭랑한 전자 구조를 연구하여 성장한 10nmscale,[5]수량화에 대한 반도체 장치에서 dopant 프로필 매핑을 포함합니다. 삿대음, 다른 모양의 점.[7] 에서 정전 용량이 신호 주기적으로 원자력 현미경(AFM)의 끝 움직임에 의해 제동력이 조절되 동적 주사 용량 microscopy,[8]의 비싼 민감성과 비압축성 압축할 수 있는 스트립을 촬영하기 2차원 전자 가스(2DEG)절연 층 50nm밑에 커다란 자기 밭에 묻혀 있던에서 사용되었다.a극저온도 [9]

참조

  1. ^ Matey, JR; J Blanc (1985). "Scanning Capacitance Microscopy". Journal of Applied Physics. 57 (5): 1437–1444. Bibcode:1985JAP....57.1437M. doi:10.1063/1.334506.
  2. ^ a b Lanyi S; Hruskovic M (2003). "The resolution limit of scanning capacitance microscopes". Journal of Physics D. 36 (5): 598–602. doi:10.1088/0022-3727/36/5/326.
  3. ^ N.C.Bruce; A.Garcia-Valenzuela, D.Kouznetsov (2000). "The lateral resolution limit for imaging periodic conducting surfaces in capacitive microscopy". Journal of Physics D. 33 (22): 2890–2898. Bibcode:2000JPhD...33.2890B. doi:10.1088/0022-3727/33/22/305.
  4. ^ N.C.Bruce; A.Garcia-Valenzuela, D.Kouznetsov (1999). "Rough-surface capacitor: approximations of the capacitance with elementary functions". Journal of Physics D. 32 (20): 2692–2702. Bibcode:1999JPhD...32.2692B. doi:10.1088/0022-3727/32/20/317.
  5. ^ C.C. Williams (1999). "Two-dimensional dopant profiling by scanning capacitance microscopy". Annual Review of Materials Research. 29: 471–504. Bibcode:1999AnRMS..29..471W. doi:10.1146/annurev.matsci.29.1.471.
  6. ^ Y. Naitou; A. Ando; H. Ogiso; S. Kamiyama; Y. Nara; K. Nakamura (2005). "Spatial fluctuation of dielectric properties in Hf-based high-k gate films studied by scanning capacitance microscopy". Applied Physics Letters. 87 (25): 252908–1 to 252908–3. Bibcode:2005ApPhL..87y2908N. doi:10.1063/1.2149222.
  7. ^ Kin Mun Wong (2009). "Study of the electronic structure of individual free-standing germanium nanodots using spectroscopic scanning capacitance microscopy". Japanese Journal of Applied Physics. 48 (8): 085002–1 to 085002–12. Bibcode:2009JaJAP..48h5002W. doi:10.1143/JJAP.48.085002.
  8. ^ A. Baumgartner; M.E. Suddards & C.J. Mellor (2009). "Low-temperature and high magnetic field dynamic scanning capacitance microscope". Review of Scientific Instruments. 80 (1): 013704. arXiv:0812.4146. Bibcode:2009RScI...80a3704B. doi:10.1063/1.3069289. PMID 19191438.
  9. ^ M.E. Suddards, A. Baumgartner, M. Henini and C.J. Mellor (2012). "Scanning capacitance imaging of compressible and incompressible quantum Hall effect edge strips". New Journal of Physics. 14: 083015. arXiv:1202.3315. Bibcode:2012NJPh...14h3015S. doi:10.1088/1367-2630/14/8/083015.{{cite journal}}: CS1 maint : 복수이름 : 작성자 목록(링크)