Определение удельного сопротивления по данным ssrm.
Отображение сопротивления растекания (Scanning spreading resistance microscopy, SSRM) является весьма продуктивным методом атомно-силовой микроскопии, используемым при различных исследованиях, например при обнаружении дефектов в проводящих и слабопроводящих пленках, для определения профилей распределения примесей в полупроводниковых интегралных микросхемах и т. п.
Суть метода заключается в следующем: сканирование проводится проводящим зондом АС-микроскопа в контактном режиме, при этом сила прижима зонда к поверхности (изгиб кантилевера) поддерживается постоянной. К зонду прикладывается напряжение смещения, и регистрируется результирующий ток через образец в зависимости от положения зонда одновременно с получением данных о рельефе.
В предположении постоянного контактного сопротивления зонд – поверхность при заданном смещении значение измеряемого тока пропорционально локальному сопротивлению исследуемого образца.
В упрощенном виде сопротивление растекания может быть описано простой моделью, представляющей собой плоский круглый омический контакт на поверхности материала и второго полусферического омического контакта (рис.).
где а – радиус круглого контакта (зонда); r – расстояние от центра контакта – зонда до полусферического контакта; ρ – удельное сопротивление области между контактами.
Для
однородного полубесконечного легированного
образца с сопротивлением ρ
при проведении измерений зондом с
радиусом закругления a
(предполагается, что зонд не проникает
в образец) сопротивление растекания R
хорошо аппроксимируется выражением :
Электрофизические
свойства реальных контактов зонд –
полупроводник будут зависеть от многих
факторов, таких, как реальная форма
зонда, плотность поверхностных состояний,
сила прижима зонда к поверхности образца.
Как правило, для определения барьерного
сопротивления пользуются калибровочными
кривыми. Учет неоднородного распределения
примеси в материале представляет
собой более сложную задачу, для этого,
например, в формулу (1) вводят корреляционный
фактор CF:
где Rbr – барьерное сопротивление контакта зонд – полупроводник. Корреляционный фактор учитывает изменение удельного сопротивления в трехмерном пространстве. Для однородного полубесконечного образца корреляционный фактор CF = 1.
При
исследовании реальных образцов вблизи
края необходимо учитывать влияние
краевых эффектов. Теоретически было
проанализировано влияние границ с
различными свойствами (изолирующая,
проводящая, рис. ). В случае однородного
полубесконечного образца и контакта
сферической формы распределение тока
будет соответствовать рис..
Рис. Распределение тока (сплошная линия) и эквипотенциали (штриховая линия) в твердом теле под наноконтактом (в разрезе) для трех ситуаций: а – вблизи непроводящей границы; б – в случае полубесконечного однородного тела; в – вблизи идеально проводящей границы
Если у образца границы, перпендикулярные плоскости рассматриваемого разреза, изолированы, фактор CF увеличивается при смещении зонда к границе и достигает двух, когда зонд установлен на изолирующую границу.
При замене изолирующей границы на идеально проводящую корреляционный фактор CF становится меньше единицы и уменьшается до нуля при установке зонда на проводящую границу. Для адекватного пересчета профиля сопротивления растекания в профиль удельного сопротивления необходимо проводить деконволюцию.