C-AFM 導電原子力顯微鏡
C-AFM(Conductive Atomic Force Microscopy)導電原子力顯微鏡是以原子力顯微鏡(AFM, Atomic Force Microscope)為基礎,結合導電探針與偏壓施加機制,實現表面形貌與局部電流訊號同步量測的高解析電性分析技術。
AFM 由 IBM 蘇黎世研究中心的 Gerd Binnig 與史丹佛大學 Calvin Quate 於 1985 年發明,主要目的在於讓非導體樣品亦能進行掃描探針顯微觀測。與掃描穿隧顯微鏡(STM)不同,AFM 偵測的是探針與樣品原子間的凡得瓦力(van der Waals force),因此可應用於導體、半導體與絕緣體等各類型材料,C-AFM 則進一步在接觸模式下於針尖或樣品施加偏壓,使探針在掃描表面時同步量測每一接觸點的電流分佈,從而在奈米尺度下精準定位電性異常區域。
在 AFM 掃描過程中,探針針尖原子與樣品表面原子間的作用力會導致懸臂產生微小偏折,系統透過光學偵測懸臂變化,建立表面 Topography。
C-AFM 在此基礎上:
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於針尖或樣品施加 DC 偏壓(例如 −10V 至 +10V)
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量測各掃描點的電流訊號
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透過放大器與濾波系統提高訊號靈敏度
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同步建立電流分佈圖(Current Map)
C-AFM 特別適用於半導體製程與元件失效分析中的局部電性問題,包括 Contact / Via 阻值偏高、接觸不良或局部導通異常、接面漏電、閘極氧化層漏電、介電層缺陷,透過 Topography 與 Current Map 的對照,可直接比對結構與電性差異,精準鎖定問題區域。
除影像分析外,C-AFM 可針對指定點位進行電壓-電流(I-V)曲線量測,比較不同區域之電性行為,透過 I-V 曲線可判斷:
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歐姆接觸或蕭特基接觸特性
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接觸窗類型(P+ / N+ / Poly contact)
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漏電導通機制
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氧化層穿隧或崩潰行為
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圖|C-AFM 可同時得到表面形貌圖與電流強度訊號 (a) Topography、(b) Current with +1V bias、(c)Current with -1V bias -
圖|C-AFM 針對 (A, B, C, D) 四點所量測出來的電壓-電流曲線