Proprietati electrice

1
Proprietati electrice investigate prin tehnica
AFM
2
MICROSCOPIA DE FORTA ATOMICA (AFM)
Moderna Precisa Simpla Eficienta Spectaculoasa Rez
olutie spatiala pana la nivel de atom
Gerd BINNIG and Heinrich ROHRER invented the
Scanning Tunneling Microscope in 1981 working at
IBM Zurich. Binnig also invented the Atomic Force
Microscope with Calvin Quate in 1986 while
spending a year at Stanford University. Binnig
and Rohrer received the NOBEL PRIZE for physics
in 1986
Investigarea morfologiei suprafetelor Proprietati
locale magnetice electrice termice mecanice
3
Microscop optic
calculatorul
Platforma pentru proba
Masa antivibratii
Sistem de iluminare
Electronica de control
SISTEM AFM-COMPONENTE PRINCIPALE
4
Schema generala a microscopului de forta atomica
Imaginea schematica a unei sonde AFM
5
MICROSCOPIA DE FORTA ELECTRICA (EFM)
DISTRIBUTIA CAPACITATII ELECTRICE C(x,y)
DISTRIBUTIA POTENTIAL DE SUPRAFATA
f(x,y)
MICROSCOPIA DE CAPACITATE
METODA KELVIN
6
imaginea SEM a unui vârf AFM acoperit cu un
film conductor
imaginea SEM a unui vârf AFM standard
7
Circuitul pentru masurarea interactiunii
electrice dintre vârf si proba
dielectric, semiconductor
8
tensiune varf-proba
forta electrica de interactiune varf-proba
Componenta z a fortei electrice care actioneaza
asupra varfului din partea probei
componenta constanta
componenta cu frecventa ?
componenta cu frecventa 2?
9
VARF-SUPRAFATA
R - raza caracteristica rotunjirii vârfului h -
distanta dintre vârf si suprafata
SUPRAFATA-VARF
L - lungimea cantileverului W - latimea
cantileverului H - înaltimea vârfului masurat de
la mijlocul bazei cantileverului
10
(100 µm)
(30 µm)
(30 µm)
forta VARF-SUPRAFATA
gt
forta SUPRAFATA-VARF
(h lt 10nm)
11
Tehnica dublei treceri în microscopia de forta
electrica
VARFUL CONDUCTIV
SUPRAFATA PROBEI
COULOMB
FAZA FRECVENTA AMPLITUDINEA
IMAG. SP
IMAG. EFM
f(x,y) Amplitudinea de oscilatie cu frecventa ?
C(x,y) frecventa 2?
Uof(x,y)
12
APLICATII ale microscopiei de forta electrica
si ale înregistrarii potentialului de suprafata

• proba aluminiu, 8µm x 8µm

gt 160 mV
IMAG. SP
TOPOGRAFIA
13
Detectare a contaminarii materialului si a
defectelor de fabricatie

• insule de tungsten (200nm) pe substrat de
  siliciu, 76µm x 76µm

reziduu ramas in urma decaparii
TOPOGRAFIA
IMAG. SP
14
EFM detecteaza regimul de saturatie al
tranzistorului

• circuit integrat acoperit cu un strat decapant,
  80µm x 80µm

IMAG. EFM
TOPOGRAFIA
semanlul electric arata ca tranzistorul din
stanga este in saturatie
15
Bariera de potential a limitei granulare
celule solare senzori de gaz rezistori

• aluminiu-cupru, 20µm x 20µm

TOPOGRAFIA
IMAG. SP
Rezistenta electrica prin structura granulara de
suprafata poate fi de pana la 1000 ori mai mare
decat a unei granule
16
Pozitionarea structurii granulare Masurarea
caderii de potential (350mV)

• varistor pe baza de ZnO, 10µm x 10µm

4V
0V
-4V
IMAG. SP
17
Gradient al campului electric mai ridicat

• nanofire in matrice dielectrica Al2O3, 1,7µm x
  1,7µm

IMAG. EFM
TOPOGRAFIA