Park AFM 電気特性モード

ピンポイント™コンダクティブAFMで、
電流の測定において最高の分解能および感度を実現

ピンポイント™コンダクティブAFMは、チップとサンプル間における明確な電気的接触を測定するために開発されました。ユーザーはコンタクトする時間を制御でき、XYスキャナは電流測定中に停止します。ピンポイント™コンダクティブAFMは、異なる試料の表面での最適化された電流測定により、横力なしでより高い空間分解能を可能にします。

1. データ取得中にXYスキャナが停止　
2. 各ピクセルポイントでアプローチ
およびリトラクト
3. アプローチの高さを記録し、Z距離を維持

従来のコンタクトおよびタッピングコンダクティブAFMには、長所と短所があります。
ピンポイントiAFMは、空間分解能とカレントの感度の両方において最高の性能を持ちます。

サンプル表面の局所電子構造を探る

コンダクティブプローブAFMは、サンプルの表面形状と導電率を同時にイメージングします。 導電性カンチレバーをサンプルの表面に置き、カンチレバーとサンプルの間にバイアスをかけることによってサンプルの局所導電率を取得する仕組みです。コンダクティブプローブAFMは、数pAほど低い派生電流フローを検出します。通常の低レベルの電流測定では、サブpA単位の電流ノイズレベルを伴う検出方式が必要です。そこで、パーク・システムズは３つの電流検出オプションを提供しており、 サブpAからmAまでの電流信号を検出できます。

• 超低ノイズコンダクティブAFM（ULCA）: < 0.1 pA noise level
• 可変エンハンスドコンダクティブAFM（VECA）: < 0.3 pA noise level
• インターナルコンダクティブAFM :< 1 pA noise level

コンダクティブプローブAFM画像のコントラストにより、隆起したドットの電気的特性の違いを表示
DRAMの表面形状と様々な試料バイアスを伴うコンダクティブプローブAFM像

ParkのAFMは、試料表面の特定ポイントで電流電圧スペクトロスコピーを実行する機能を備えています。パーク・システムズのコンダクティブAFMの低ノイズオプションにより、サンプルの電気特性における非常に小さな変化さえも検出できます。

静電気力による高解像度および高感度イメージング

AFMによって測定されたほとんどすべての表面特性は、示されているプロセスによって取得されますが、EFM測定も同じ手順にて行われます。EFMの場合、サンプルの表面特性は電気特性となり、バイアスされたチップと試料間の静電気力で相互作用力が発生します。ただし、静電気力に加え、チップ先端と試料表面の間にはファンデルワールス力が常に生じています。このファンデルワールス力の大きさは、チップ先端と試料の距離に応じて変化するため、表面形状の測定に使用されます。

(a) トポグラフィー (b) -1V試料バイアスでのEFM振幅

表面電位の高解像度および高感度イメージング

KPFMの原理は、DCバイアスフィードバックを備えた拡張型EFMに似ています。DCバイアスはフィードバックループによって制御され、ω値をゼロにします。この力をゼロにする直流バイアスは表面電位の尺度です。KPFMと拡張型EFMの違いは、ロックインアンプから取得した信号の処理方法にあります。 ロックインアンプのω信号は次の式で表すことができます。スキャニング―ケルビンプローブ顕微鏡法－KPFM－f3　ω信号を単独で使用することで表面電位が測定可能です。ω信号の振幅は、VDC＝Vsのとき、またはDCオフセットバイアスが試料の表面電位と一致するときにゼロになります。フィードバックループをシステムに追加すれば、ω信号を測定するロックインアンプの出力がゼロになるようにDCオフセットバイアスを変更することができます。 このDCオフセットバイアスの変動からイメージングされた画像は、表面電位の絶対値を表すイメージとして出力されます。

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グラフェンの表面電位分布

静電気力による高解像度および高感度イメージング

DC-EFMを通して、高解像度のEFM結果を生成できます。またDC-EFMは、カンチレバーにAC電圧バイアスをアクティブに印加し、印加されたバイアスに対するカンチレバー変調の振幅と位相の変化を検出するモードであり、パーク・システムズが特許も取得している革新的な技術です。なお、試料の静電容量に同時マッピングできる変調の2次高調波をモニタリングする機能を搭載しており、バックグラウンドの分子間力からの電気力信号を強化します。

弊社の特許取得済みであるPFMモードは、強誘電性試料、または圧電性試料の極性などの電気的ドメイン構造を正確に測定します。このモードには、適用されたACバイアスとDCバイアス、および局所的な振幅・位相　対　DCバイアススペクトロスコピーの独立した制御が含まれています。

SCMデータ取得を高速化するクイックステップ™

信号対雑音比を改善するために、従来のSCMは非常に遅い速度を採用することで、検出器がデータを収集するための十分な時間を設けています。クイックステップ™ SCMは、従来の低速連続移動とは異なる方法を採用しております。データを記録するためにXYスキャナが各ピクセルポイントで止まり、次の測定ポイントに高速かつ迅速に移ります。これにより、従来のSCMによる低速測定と同じ信号感度を維持しながら、スキャン速度を効果的に高速化できます。

アプリケーションノート : クイックステップ™走査型キャパシタンス顕微鏡法による半導体デバイス構造の正確なドーパントプロファイル

クイックステップ™スキャン (スキャンレート 1.5Hz)

従来のスキャン (スキャンレート 1Hz)

電荷分布の高解像度および高感度イメージング

弊社のSCMモードでは、チップと試料間のキャパシタンスの変化を測定することにより、試料表面のドーピング濃度情報を得ることができます。このモジュールは可変共振器周波数を有効にすることで、特定のドーピング範囲に対して共振器の最も敏感な周波数を選ぶことにより、広いRF帯域幅にて広範囲のドーピング濃度をモニタリングできます。

Nドープシリコンサンプルには、Park SCMによってイメージングされた様々なドーパント濃度の領域があり、
１桁未満のドーピング濃度をはっきりと区別できます。

試料表面の局所電子構造を探る

弊社のSSRMモードでは、DCバイアスを適用しながらコンダクティブAFMチップを使用して小さな領域をスキャンすることで、試料表面の局所抵抗を正確に測定します。

試料表面の局所電子構造を探る

STMは、チップと試料間のトンネル電流を測定し、試料の特性を洞察するために使用できる非常に正確なサブナノメートルスケールのイメージングが可能です。

YBCO超電導物質STMイメージ

弊社のSTSモードは、ユーザーが定義したポイントで電流－電圧（I/V）スペクトロスコピーデータを提供し、サンプルの局所電子状態を分析するために使用できます。

感光性材料研究に革新を起こす

弊社のPCMモードでは、フィードバックレーザーなどといった光源の干渉を受けずに、照明に対する光電応答を測定します。このモードは、レーザー照射モジュールとデータ取得および分析ソフトウェアを備えています。

時間分解照明に対する典型的な光電流応答
試料と電圧バイアスのカンチレバー間の電流は、照射の前、最中、後に測定されます。

フォトカレントスペクトロスコピーによる
ポイントごとのマッピング
タイムドメインでのフォトカレント応答は、
試料で定義された各グリッドポイントから
取得されます。