C-AFM 導電原子力顕微鏡
C-AFM(Conductive Atomic Force Microscopy)導電性原子間力顕微鏡原子力顕微鏡(AFM, Atomic Force Microscope)を基に、導電性プローブとバイアス適用メカニズムを組み合わせて、実現します表面形態と局所電流信号の同期測定の高解像度電気分析技術。
AFMはIBMチューリッヒ研究所のGerd Binnigとスタンフォード大学のCalvin Quateによって1985年に発明され、主な目的は非導体サンプルでもスキャンプローブ顕微鏡観察を行うことです。スキャントンネル顕微鏡とは異なり、AFMはプローブとサンプル原子間のファンデルワールス力を検出するため、導体、半導体、絶縁体などのさまざまな材料に適用できます。C-AFMはさらに接触モードでプローブまたはサンプルにバイアスを加え、プローブが表面をスキャンする際に各接触点の電流分布を同時に測定することで、ナノスケールで電気的異常領域を正確に特定します。
AFMスキャン中に、プローブ先端の原子とサンプル表面の原子との間の相互作用により、カンチレバーがわずかに偏向し、システムは光学的にカンチレバーの変化を検出して表面のトポグラフィーを構築します。
C-AFMはこの基礎の上に:
-
針先端またはサンプルにDCバイアス(例:−10Vから+10V)を加える
-
各スキャンポイントでの電流信号を測定する
-
アンプとフィルタリングシステムを使用して信号の感度を向上させる
-
同期に電流分布図(Current Map)を作成する
C-AFMは半導体プロセスおよびデバイスの故障分析における局所的な電気的問題、例えば接触抵抗が高い、接触不良または局所的な導通異常、接合漏れ、ゲート酸化膜の漏れ、誘電層の欠陥に特に適しています。トポグラフィーと電流マップの対照を通じて、構造と電気的な違いを直接比較し、問題のある領域を正確に特定できます。
画像分析を除いて、C-AFMは指定されたポイントに対して電圧-電流(I-V)曲線の測定を行い、異なる領域の電気的挙動を比較します。I-V曲線を通じて判断できます:
-
オーム接触またはショットキー接触特性
-
接触ウィンドウタイプ(P+ / N+ / ポリ接触)
-
漏電導通機構
-
酸化層のトンネル効果または崩壊挙動
-
図|C-AFMは同時に表面形状図と電流強度信号を取得できます。(a) トポグラフィー、(b) +1Vバイアスの電流、(c) -1Vバイアスの電流 -
図|C-AFMが(A, B, C, D)の4点で測定した電圧-電流曲線