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C-AFM

技術原理

導電原子力顯微鏡 (C-AFM) 以原子力顯微鏡 (Atomic Force Microscope, AFM) 為架構,並根據其探針與表面的作用方式,進而增加的功能選項之一。

不同於掃描穿隧顯微鏡 (Scanning Tunneling Microscopy) 只能適用於導電性較好的試片,AFM 可以觀測所有類型試片 (包含非導體)。AFM 是由 IBM 公司蘇黎世研究中心的 Gerd Binnig 與史丹福大學的 Calvin Quate 於 1985 年所發明,其目的是為了使非導體也可以採用掃描探針顯微鏡(SPM)進行觀測,兩種掃描探針顯微鏡最大的差別在於所偵測樣品的表面特性物理量不同,掃描穿隧顯微鏡是偵測穿隧電流 (tunneling current),而原子力顯微鏡則是偵測原子之間的凡得瓦爾力 (van der Waals' force)。

 

AFM 工作機制是利用探針針尖原子與表面原子之間的作用力大小導致探針懸臂偏折,藉由偵測懸臂偏折的大小獲得表面形貌圖。因探針掃描時非常靠近表面,且原子間的作用力相當敏感,可以輕易地得到表面高度差,所以 AFM 具有相當高的空間解析度 (~ few nanometers),在特殊情形下,甚至可以達到原子級的空間解析度。

C-AFM 是使用探針接觸模式在掃描試片,同時在針尖或試片上施予電壓,因此我們可以在得到表面形貌圖的同時也可獲得各接觸點的電流強度狀況,進而可以比對且找出電性異常的位置。


Schematic figure showing the setup of a C-AFM

 

 

 

機台種類


Bruker INNOVA

 

 

 

 

分析應用

  • 應用於接觸窗 (Contact/via) 阻值偏高或漏電、接面漏電及閘極氧化層漏電等問題的故障定位。
  • 可區別出接觸窗的類別 (P+/N+/Poly contact)
  • 藉由量測比較電壓-電流曲線,診斷出故障發生的機制
  • 可針對特定點進行電壓-電流曲線量測
  • 樣品表面電勢及電荷分佈分析

 


圖1 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2 C-AFM 針對 (A, B, C, D) 四點所量測出來的電壓-電流曲線

 

 

 

 

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