5.Скануюча ємнісна мікроскопія

Зазначені методики базуються на контактному методі АСМ вимірювань. Для проведення с-АСМ вимірів між зразком і провідним зондом (як правило, це кремнієвий зонд вкритий плівкою Au, Pt, Pt-Ir) прикладається напруга зміщення. Засобами мікроскопу вона варіюється в межах ± 12В. В той час як по одному із каналів проводиться звичайне картографування рельєфу, по іншому каналу реєструється струм, що проходить через зразок. Для цього використовується лінійний підсилювач з діапазоном від 1pA до 1мкА. Таким чином, топографія зразка та карта провідності вимірюються одночасно, що дозволяє проводити порівняння ділянок поверхні з їх електричним властивостями. Коли зупинити зонд у вибраній точці поверхні і проводити варіювання напруги зміщення, можна отримати локальні вольт-амперні характеристики елементів поверхні.

Скануюча Ємнісна Мікроскопія реєструє двовимірні профілі розподілу носіїв у напівпровідникових приладах та матеріалах, базуючись на вимірюваннях малих змін ємності з високою просторовою роздільною здатністю. При скануванні в контактному режимі металізований зонд та зразок формують нано-конденсатор (метал-діелектрик-напівпровідник) в точці контакту. Значення ємності контролюється за допомогою високочастотного резонансного контуру (УВЧ від 880 до 1050MГц). Підтримуючи постійну силу взаємодії між зондом і зразком СЄМ одночасно генерує топографічне та ємнісне зображення.

Прикладання змінної напруги до металевого покриття зонду викликає поперемінне збагачення і збіднення приконтактних шарів носіями струму, викликаючи зміну ємності зонд-зразок. Величина цих змін ємності з прикладанням напруги дає інформацію про концентрацію носіїв (амплітудний канал СЄМ), а різниця фаз між зміною ємності і прикладеною напругою несе інформацію про тип легування (фазовий канал СЄМ). Чутливість методу складає 10-22 Ф/Гц1/2.

За допомогою даної технології можна наприклад дослідити розріз транзистора центрального процесора комп’ютера (рисунок 9).

Рисунок 9. Переріз транзистора мікросхеми пам'яті ПК. Топографія та профіль легування.

Скануюча Ємна Мікроскопія є різновидом Електро-силової Мікроскопії. У загальному випадку в ЕЗЗ на кантілевер подається зсув Vtip=Vdc + Vac sin(wt), де Vac відповідально за порушення коливань. Сканування проводиться на певній висоті h над поверхнею зразка згідно з рельєфом, визначеним на першому проході з використанням Intermittently-контактного Методу. Ємна сила Fcap(z) взаємодії між зондом і поверхнею зразка, яка перебуває при потенціалі Vs , дорівнює:

Fcap(z) =(1/2) (Vtip - Vs)2(dC/dz)

де C(z) - ємність зонд-зразок, що залежить від геометрії зонда, рельєфу поверхні і величини зазору зонд-зразок z.

Друга гармоніка ємнісний сили залежить тільки від (dC/dz) і Vac:

Fcap2w(z) =(1/2)(dC/dz) Vac2sin(2wt)

і може бути використана для отримання додаткової інформації, наприклад, розподілу поверхневої ємності за зразком. Для збільшення амплітуди коливань на другий гармоніці частота w вибирається дорівнює половині резонансної частоти кантілевера wr.