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sMIM是由美国PrimeNano公司联合美国顶尖高校(斯坦福大学)发展起来的一款基于AFM的电学测量设备。在测量样品表面形貌的同时得到样品的电学性质,如导电率,介电常数,载流子浓度,载流子类型等。sMIM基于微波频率的阻抗测量,具有良好空间分辨率和电学分辨率,无需样片制备等优点,适用于各类材料包括导体、半导体、绝缘体/电介质、掩埋式结构等材料,在半导体,相变材料,纳米科学,铁电材料等科研领域有着非常重要的应用(如下图所示)。利用sMIM技术取得的科研成果已经发表在著名的国际期刊,例如Science, Nature, Physics Review Letters, Nano Letters 等
sMIM 应用原理
传送微波信号到针尖,微波在针尖部位行成近场电磁场与样品表面和近表面相互作用,相互作用后,反馈微波信号,针尖移动,反馈微波的振幅、相位随着针尖的电信号变化而变化,软件进行信号校准、分析,进行电容、电阻率和形貌同步成像。
6种信号反馈通路
Method | 半导体 | 导体 | 电介质 | 绝缘体 | 包埋结构 | 样品分辨率 | 动态模式 |
CAFM | × | √ | × | × | × | × | × |
SCM | √ | × | × | × | × | × | × |
SSRM | √ | √ | × | × | × | × | × |
Scanwave | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ |
半导体领域-半导体器件
sMIM技术可以用来测量半导体器件的电学性质,包括载流子浓度分布,载流子类型,金属结构,介质层(绝缘体)结构等。利用sMIM对材料局域进行纳米尺度下的C-V曲线测量。可以应用在器件表征,失效分析等。以下我们给出几个典型的例子。
绝缘栅极晶体管
以上左图中为绝缘栅双极晶体管的SEM照片和利用其他技术测量得到的图形;右图中为利用sMIM技术得到的图像。比较结果我们可以看出,sMIM技术显示了器件的更多细节,并且图像更加清晰。sMIM中不仅显示了载流子的类型和浓度分布,并且显示了金属结构,多晶硅结构和氧化层结构以及氧化层中的缺陷。
CMOS感光器件
图中为扫描全局快门CMOS感光器件表面的图像,扫描区域大小为5 µm x 5 µm。图中数字所对应的区域1是用于存储的n型的扩散区域; 2是光阴极n型扩散区域;3是浅沟道隔离绝缘区域;4是金属接触区域;5是阴极周围的p型衬底。sMIM-C图像清晰地显示了各种材料。
利用sMIM-C信号,我们可以进行纳米尺度下特定位置的C-V曲线测量。 特定位置的C-V曲线测量可以对半导体器件进行失效分析。如右下图是对于不同点的测量得到的 C-V曲线。C-V曲线#1和C-V曲线#2显示被测区域是n型半导体,与器件结构1用于存储的n型的扩散区域和2光阴极n型扩散区域相吻合。 C-V曲线#5显示被测区域是p型半体与器件结构5阴极周围的p型衬底相吻合。C-V曲线#3是平的,说明被测区域是非半导体材料,与器件结构3浅沟道隔离绝缘区域吻合。
铁电材料和磁性材料
sMIM可以用来测量铁电材料和磁性材料畴和畴壁的电学性能。
LiTaO3
上图是对于LiTaO3铁电材料的扫描结果。sMIM技术可以在一次扫描过程中同时得到材料的表面形貌,PFM图像和导电性分布的sMIM图像。PFM图像清晰的给出了铁电材料中不同的畴分布。从sMIM图像中可以看到畴壁是导电的。
石墨烯
上图中是利用sMIM技术测量得到的石墨烯的导电性质。sMIM图像清晰的显示了石墨烯上超晶格结构的摩尔纹。其摩尔纹结构的尺寸为14nm。
透过表面测量 sMIM中的微波信号可以穿透介质层,从而测量表面一下的材料的电学性能
sMIM可以穿透介质层,扫描表面以下的材料的性质。上图利用sMIM测量银在溶液中电化学生长的过程 。
(Seeing through Walls at the Nanoscale: Microwave Microscopy of Enclosed Objects and Processes in Liquids. ACS Nano 10, 3562–3570 (2016).)
保修期: 1年
是否可延长保修期: 否
现场技术咨询: 无
免费培训: I人技术服务
免费仪器保养: 暂无
保内维修承诺: 免费维修服务
报修承诺: 24小时内响应
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