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免费测样机会!牛津仪器新一代高频扫描电容显微镜限时体验

牛津仪器 牛津仪器 2022-10-23


在“扫描电容显微镜(SCM)”诞生之前,研究人员、半导体芯片制造商,以及失效分析工程师们很难观察到掺杂水平、掩模和注入对齐的细微变化或误差,以及这些误差所导致的器件失效。SCM的发明让工程师们能够进行亚微米级别的器件探测,并在器件制造故障分析过程中找到问题所在。

牛津仪器Asylum Research 推出新一代的高频扫描电容显微镜不但能够帮助用户实施这些研究,并且还具有上一代产品所没有的优势。

对于使用者来说,更高频率的带宽带来了测量灵敏度更高、更准确,新一代的高频扫描电容显微镜可以检测到低至1 aF分辨率的电容变化;

配合牛津仪器的大样品台 AFM Jupiter XR,扫描速度可以提高20倍以上,一副成像只需要10几秒,大大提高了检测效率;

与传统SCM不能直接测量电容相比,高频扫描电容显微镜不仅测量微分电容(dC/dV),还可以直接测量电容,从而简化了对SCM数据的解释;

配合牛津仪器的Ergo智能软件,可以实现智能化扫描,自动优化参数,使测量更加简单,同时保证数据的可重复性;

对于测试样品,高频扫描电容显微镜不仅用于半导体材料,而且可以探测金属、绝缘体,以及传统半导体设备以外的非线性材料,包括那些不会形成天然氧化物的材料;

高频扫描电容显微镜只需要普通导电探针,测试成本大大降低。


除了典型的半导体样品以外,对于非半导体材料,高频扫描电容显微镜也是一个有用的表征工具。我们将介绍如何将高频扫描电容显微镜应用于二维材料、电池材料、碳纳米管和铁电体的研究和表征。

        将二硫化铜铟(CuInS2)沉积在硅上,并进行成像,以确定反射的微波信号(电容成像)能否辨别二维材料的不同厚度。探针尖端下面的材料阻抗的变化会干扰微波信号,这导致反射信号发生位移,从而在电容通道中显示出差异。图1显示的是“电容信号”与“剥离在基底上的材料的厚度”之间的清晰相关性。这一结果表明,利用高频扫描电容显微镜来快速辨别“剥离的二维材料的厚度”具有良好的潜力。


图1:硅上的CuInS2。a)形貌图;b)电容;c)叠加在形貌图上的电容。感谢西北大学的M. Cheng和V. Dravid教授提供样品


        高频扫描电容显微镜研究二维材料中的任何非线性响应。二硫化钼(MoS2)是一种电子应用材料。对于器件的可靠性来说,了解MoS2的性能对厚度的依赖性是非常重要的。对“MoS2片”进行成像时(见图2),研究人员观察到了dC/dV振幅信号的变化。这些变化可能是由于带隙的变化,以及材料的功函数随材料厚度的变化而引起的。这个响应是非线性的:材料层数的增加并没有显示出dC/dV振幅信号的线性增加。凭借电容通道,高频扫描电容显微镜被证明是研究二维材料非线性特性的一种有用技术(尽管这些样品上没有氧化物)。

    

图2:MoS2样品a)高度;b) dC/dV振幅;c)同一区域的形貌截面图和dC/dV振幅图。形貌图与dC/dV振幅信号之间没有呈线性相关:材料的层数对于dC/dV振幅信号中的线性增加没有反应。感谢EPFL的A. Kis提供样品。


        新型储能材料的开发和研究是一个非常重要的领域,而高频扫描电容显微镜数据可以在这一领域发挥作用。图3是一个电池测试电极的成像。在单独的晶粒和晶界的电容通道中观察到了明显的对比,这能够促进研究人员对电子传导的深入认识。在表面上的电容差异的变化与表面形貌无关。将这些数据与导电AFM和电化学应变显微镜的应用相结合,研究人员可以进一步了解结构和功能特性。


图3:一个电池的测试电极。a)形貌图;b)电容;c)形貌图上叠加电容


        此外,高频扫描电容显微镜还可以用于压电样品的表征。如图4所示,PZT纳米颗粒在高度图上看起来是相同的,但在高频扫描电容显微镜成像图上有明显的差异。请注意,在dC/dV振幅图中可以看见精细的畴结构。dC/dV曲线显示出一个清晰的迟滞回路,这反映出压电行为。由此可见,高频扫描电容显微镜可以作为研究铁电和压电材料的一种补充工具

 

图4:SCM成像图。a)高度;b)电容;c) dC/dV振幅;d) PZT纳米颗粒的dC/dV相位图、 dC/dV曲线图(显示出铁电现象的迟滞回路)。





新品性能简介


SCM


   

   

扫描电容显微镜(SCM)是一种表征材料纳米电学性质的原子力显微镜(AFM)成像技术,它使用微波射频(RF)信号来探测半导体和其它种类样品中的电荷,载流子的位置,掺杂水平和掺杂类型(p型和n型)等。全新设计的Asylum Research SCM配件提供了比其他现有SCM模块更高的性能和能力。创新包括:

  • 不仅可以测量微分电容(dC/dV),还测量与掺杂浓度线性相关的电容(Capacitance),从而可以更直观的解读SCM数据。

  • 基于快速扫描AFM平台,可以实现超过现有的SCM 20倍的扫描速度,大大提高了检测效率(一幅图像只需10秒!)。

  • 全新设计的SCM实现优于1aF的灵敏度高,可用于半导体、储能器件和二维材料等领域。

  • 高分辨率成像可以获得更小的微观结构。


  


免费测样活动

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