Популярные Нано Технологии

Размещение материала

Для размещения материала в данном разделе заполните пожалуйста эту форму.

Кадры

Фотогалерея

НИОКР

Диагностика методом баллистической электронной эмиссионной микроскопии/спектроскопии - 2: Разработка головки для СЗМ НТ-МДТ® SolverPro™ / 19.03.2009

© Исаков Михаил Александрович, Филатов Дмитрий Олегович

Источник: Нанометр

В настоящей статье даны рекомендации к изготовлению оборудования для измерений методом баллистической электронной эмиссионной спектроскопии (БЭЭС). Демонстрируется разработанная авторами приставка для сканирующего зондового микроскопа НТ-МДТ® SolverPro™, реализующая возможность диагностики полупроводниковых наноструктур методом баллистической электронной эмиссионной микроскопии/спектроскопии (БЭЭМ/БЭЭС).

1. Аппаратура для БЭЭМ: устройство и принципы конструирования.

а. Общие соображения.
БЭЭМ можно рассматривать как расширение СТМ с дополнительным электродом. Этот дополнительный, так называемый базовый электрод должен соединяться с туннельно-прозрачной для электронов (при используемых напряжениях) проводящей плёнкой на поверхности образца. Образец и эта пленка (база) должны иметь раздельные контакты. Наиболее распространена схема измерений, при которой база заземлена, а полупроводниковая подложка образца соединена с входом высочувствительного усилителя тока. Хорошее электрическое исполнение, включающее экранирование от электромагнитных помех, должно позволять проводить измерения БЭЭМ-тока с уровнем шума порядка единиц пА.
С точки зрения выполнения механической части, следует помнить, что и для обыкновенного СТМ главным условием достижения атомного разрешения является хорошая виброизоляция (амплитуда колебаний иглы относительно поверхности образца не должна превышать 0,01 нм). БЭЭМ требует гашения механических шумов до такого же низкого уровня, хотя, на первый взгляд, это не является обязательным условием типичного латерального разрешения БЭЭМ, который в лучшем случае демонстрирует разрешения порядка атомных размеров. Однако, изменение расстояния зонд-образец на 0,1 нм может изменить туннельный ток на порядок, поэтому БЭЭМ очень чувствителен к механическим вибрациям, в силу чувствительности к ним туннельного тока.
Следует сказать, что величина термодрейфа зонда должна позволять проводить измерение спектров в отдельно взятой точке. Если время записи отдельного БЭЭМ-спектра составляет несколько секунд, необходимо, чтобы термодрейф не превышал долей нм/мин.
Необоходима также возможность позиционирования зонда в плоскости поверхности образца для выбора области сканирования. Это особенно актуально, если металлическая пленка покрывает только небольшую часть образца.

б. Требования к образцу.
Образец для БЭЭМ-измерений должен удовлетворять нескольким требованиям, главным из которых является настолько низкий уровень шума БЭЭМ-тока, насколько это возможно. Кроме шума, связанного с внешними наводкими, главная шумовая проблема в БЭЭМ-экспериментах связана с нестабильностью напряжения, приложенного к образцу. В силу конечного сопротивления образца, это оказывает влияние на шум результирующего БЭЭМ-тока. Добавим, что могут наблюдаться скачки напряжения порядка 1 µВ, по-видимому, связанные с изменением контактной разности потенциалов, например, вызванных термическими изменениями. Таким образом, сопротивление образца должно быть более 1 МОм, чтобы обеспечить шум БЭЭМ-тока менее 1 пА.
Второе требование к образцу связано с коллекторным контактом к подложке, который должен быть хорошим омическим контактом, то есть барьером Шоттки с очень малой толщиной (туннельно-прозрачным), чтобы электроны, инжектированные в подложку, смогли преодолеть его. Особенно тщательного контроля этот контакт требует в случае квантовых БЭЭМ-измерений. Следует сказать, что качество этого контакта, в силу его ёмкости, определяет максимальное количество точек, которое имеет смысл измерять на БЭЭМ-спектре за заданное время развёртки. При хорошем контакте постоянная времени, определяемая омическим контактом ~ 10–6 c при комнатной температуре.

в. Требования к оборудованию.
При измерениях на воздухе и зонд, и база должны быть выполнены из благородных металлов, таких как Au, Pt, и др. Наиболее простой способ получения низких температур – использование жидкого азота. Это резко уменьшает шумы БЭЭМ-тока, однако кипящий азот может стать причиной механических вибраций. Для того чтобы уменьшить влияние различных источников шума, Беллом был предложен модуляцинный БЭЭМ с модуляцией тока зонда и синхронным детектированием Эта методика, однако, практичести на применялась до настоящего времени, хотя в свете методики анализа с дифференцированием она приобретает особый интерес.
Существует две основных схемы включения СТМ предуслилителей в цепь "усилитель - источник смещения - образец": схема, где напряжение прикладываеся к зонду, а образец заземлаяется (tip biased STM) и схема, где напряжение прикладываеся к исследуемому образцу (sample biased STM). Обычно СТМ делается по схеме «смещение на образце», поскольку в этом случае неинвертирующий вход ОУ можно заземлить (или же использовать схему с виртуальной землёй и цепью автокомпенсации дрейфа нуля). Такие схемы являются устойчивыми и малошумящими, так как зонд оказываеется заземлённым через вход ОУ. В БЭЭМ обычно основан на СТМ, построенном по схеме «смещение на зонде». Пример схемы реализации такого БЭЭМ приведён на Рис. 1. Традиционная схема включения образца, аналогичная схеме включения биполярного транзистора с общей базой, исключает использование СТМ, построенного по схеме «смещение на образце». В последнем случае источник смещения пришлось бы включить в цепь базы, при этом база оказывается положительно смещённой по отношению к коллектору, т.е. барьер Шоттки окажется прямосмещённым. На фоне сильного прямого тока регистрация БЭЭМ тока оказывалась бы проблематичной.

Однако, СТМ-предусилители, построенные по схеме «смещение на зонде», значительно менее устойчивы и более чувствительны к электромагнитным наводкам, чем усилители типа «смещение на образце». В качестве меры, в какой-то степени помогающей понизить шумы, в [1] рекомендуется экранировать провод, ведущий от СТМ зонда ко входу СТМ усилителя, и даже сам зонд вплоть до его кончика, экраном, соединённым с выходом источника смещения. Возможно приложение постоянного смещения между базой и коллектором. Это позволяет повысить коэффициент передачи тока, однако при этом возникают также повышенные требования к качеству барьеров Шоттки, чтобы сохранить возможность регистрации БЭЭМ тока на фоне обратного тока барьера. Кроме того, требуется высокая стабильность источника смещения, так как, очевидно, шумы этого источника скажутся на шумах БЭЭМ-тока куда сильнее даже нестабильности источника смещения на зонде.

 

Рис. 1. Схема реализации БЭЭМ, основанного на СТМ типа «смещение на зонде».

Рис. 2. Схема измерения БЭЭМ.

 

<< первая < пред. 1 2 3 след. > последняя >>

Авторизация

логин
пароль
Регистрация Забыли пароль?

Реклама нефтегаз

Анонсы событий