日立环境控制型原子力显微镜5300E-天美中国科学仪器有限公司.PDFVIP

Marketing 天美（中国）科学仪器有限公司 TECHCOMP (CHINA) LTD. 中国北京朝阳区天畅园7 号楼1、3 层 TEL:010 FAX:010 E-MAIL:techcomp@techcomp.cn 日立环境控制型原子力显微镜 5300E —真空环境对原子力显微镜测量的重要性 样品表面吸附水膜对导电原子力显微镜(C-AFM)测量的影响 存在于大气中的任何物质表面都或多或少的覆盖着一层水膜，AFM 的悬臂梁和样品也 不例外 ，尽管水膜的厚度取决于大气湿度和周围的环境。下面将对表面水膜怎样影响 C-AFM 的测量结果进行解释。 图 1 （a ）是C-AFM 的测量原理示意图。 C-AFM 测量时在探针和样品之间施加一个 偏电压 ，然后检测经由导电悬臂梁的电流 ，并获取样品表面导电性的面分布。导电悬臂梁一 般是在表面蒸镀或溅射一层薄的（约 10 纳米）金属层制成 ，例如金，铑 ，或铂。 C-AFM 通过探针的尖端与样品的接触来测量电流 ，在这种情况下，它还会导致接触电阻 ，但是通常 当探针压在样品表面时 ，接触电阻会变的很小 ，电流很容易流过。 图 1 （b ）是力曲线分析，显示了当探针被压下和提起时力的大小 ，当将探针在样品表 面提起时 ，由于样品表面吸附水膜的影响而使力曲线向吸附力方向延伸。 图 1 （c ）是力-电流曲线的测量 ，样品为Si 衬底蒸金属薄膜 ：图中分两种环境进行测 量，一种环境是在空气中直接测量 ，另一种环境是在真空中（〜 10-4 Pa ）测量。力-电流曲 线给出了电流值和样品探针之间的作用力值 ，在空气环境中，当探针进入接触区时，接触电 阻会随着负载的增加而减小 ，所以测量电流变大 ，当将探针从样品表面提起时 ，它从接触区 移动到吸附水膜区 ，由于探头被水膜吸引 ，或者探针仍然浸没于样品的表面水膜中 ，所以仍 然有电流流过 ；与此相反，在真空中当将探针从接触区提起后电流立刻消失，因为真空中表 面没有吸附水膜的影响。总之，在空气中，样品表面吸附的水膜会影响 C-AFM 的测量 ，而 Marketing 天美（中国）科学仪器有限公司 TECHCOMP (CHINA) LTD. 中国北京朝阳区天畅园7 号楼1、3 层 TEL:010 FAX:010 E-MAIL:techcomp@techcomp.cn 这种影响在真空中可被消除。 图 1 C-AFM 原理图，力曲线图，在空气中和真空中力-电流曲线的实例 1. 铁电薄膜的 C-AFM 泄漏电流测量 电子器件—半导体、金属、电介质、和聚合物等可以通过 AFM 的电测量进行评价。例 如，被金属电极夹持的 FRAM（铁电随机存取存储器）和ReRAM 的（电阻随机存取存储器） 中的铁电薄膜和金属氧化物薄膜。在这些存储器件中薄膜的 C-AFM 测量方面 ，导电探针y 一般用作上电极。 图 2 SPM 电子器件的电测量 图 3 铁电薄膜的 C-AFM 测量 Marketing 天美（中国）科学仪器有限公司 TECHCOMP (CHINA) LTD. 中国北京朝阳区天畅园7 号楼1、3 层 TEL:010 FAX:010 E-MAIL:techcomp@techcomp.cn 图4 铁电薄膜的 C-AFM 测量结果[空气中（a~c ）/真空中（d~f ）] 图4 （a ）至（c ）是空气中C-AFM 的测量结果 ，在这个实验中 ，为避免探针的阳极氧化而 施加一个负偏压 ，因此，在电流图像上