C-AFM-analyysi
C-AFM eli johtava atomivoimamikroskopia (engl. conductive atomic force microscopy) mahdollistaa pinnan topografian ja paikallisen sähkönjohtavuuden samanaikaisen analysoinnin ohutkalvoista, nanomateriaaleista ja muista puolijohdemateriaaleista.
…and over 1000 other happy clients
Mihin C-AFM-menetelmää käytetään?
C-AFM:ää käytetään pinnan topografian ja paikallisen sähkönjohtavuuden samanaikaiseen kartoittamiseen nanometrimittakaavassa. Menetelmässä johtavasta materiaalista valmistettu mittakärki pidetään kosketuksessa näytteen pintaan, ja kärjen ja näytteen välille kytketyn jännitteen avulla mitataan paikallinen virta pikseli pikseliltä. Näin saadaan yhdellä skannauksella sekä pinnanmuotokartta että sähköinen johtavuuskartta, joiden rakenteet vastaavat tarkasti toisiaan. C-AFM:n erotuskyky on tyypillisesti 20–50 nm, mikä on huomattavasti parempi kuin perinteisillä sähköisillä karakterisointimenetelmillä, kuten nelipistemittauksella.
Menetelmää käytetään erityisesti puolijohdeteollisuudessa, jossa sillä voidaan havaita vuotovirtoja porttieristeissä, kartoittaa raerajojen johtavuutta monikiteisissä ohutkalvoissa sekä arvioida kontaktikerrosten homogeenisuutta. Energiamateriaaleissa, kuten orgaanisissa aurinkokennoissa, perovskiittiabsorbereissa ja kiinteän olomuodon elektrolyyteissä, menetelmällä saadaan kvantitatiivista dataa paikallisesta varauksensiirtotehokkuudesta. C-AFM soveltuu myös nanomittakaavan vika-analyyseihin, kuten pienten läpäisevien reikien (pinhole) tai johtavien filamenttien havaitsemiseen oksidikerroksissa.
Miten C-AFM toimii?
C-AFM-laitteen kärki on päällystetty sähköä johtavalla materiaalilla (esim. Pt-Ir), joka kestää kulumista ja mahdollistaa kontrolloidun jännitteen kytkemisen mittakärjen ja maadoitetun näytteen välille. Kun kärki liikkuu pitkin pintaa, paikallinen resistanssi vaihtelee materiaalin ominaisuuksien mukaan ja syntyvä virta mitataan pikseli pikseliltä samanaikaisesti korkeusmittauksen kanssa.
Mitkä ovat menetelmän rajoitteet?
Koska C-AFM:n mittakärki on fyysisessä kosketuksessa näytteen kanssa koko skannauksen ajan, on kärjen kuluminen huomioitava erityisesti kovilla keraami- ja metallipinnoilla. Erittäin resistiiviset materiaalit jäävät mitattavan virta-alueen ulkopuolelle, ja näytteen pinnalla olevat luontaiset oksidikerrokset voivat aiheuttaa kontaktiresistanssista johtuvia artefakteja. Tällaisissa tapauksissa SSRM (scanning spreading resistance microscopy) tai KPFM (Kelvin probe force microscopy) voivat olla sopivampia vaihtoehtoja.
Mittaus sopii parhaiten sileäpintaisille näytteille, sillä yli 50 nm:n RMS-pinnankarheus vaikeuttaa stabiilia kontaktia mittauskärjen kanssa ja tekee analyysistä vähemmän tarkan.
Menetelmän asiantuntija
Soveltuvat näytematriisit
- Monikerroksisilla ohutkalvoilla päällystetyt puolijohdekiekot (mm. Si, SiO2, SiC, GaN ja GaAs)
- ALD- ja CVD-menetelmillä kasvatetut oksidi-, nitridi- ja oksinitridikalvo
- Orgaaniset puolijohdekalvot ja aurinkokennojen aktiiviset seokset
- Perovskiittiaurinkokennojen absorboivat kerrokset ja kuljetuskerrokset
- Grafeeni, MoS2 ja muut van der Waals -materiaalit
- Metalli- ja metalliseosohutkalvot johtavilla alustoilla
- Kiinteän olomuodon elektrolyytit ja akkujen elektrodimateriaalit
- Resistanssia vaihtavat oksidipinot (HfO2, TiO2, NiO)
C-AFM-menetelmän tyypillisiä käyttötarkoituksia
- Vuotokohtien paikantaminen puolijohdemateriaalien eristekerroksissa
- Raerajojen johtavuuden määritys monikiteisissä ohutkalvoissa
- Paikallinen virta-jännitemittaus muistilaitteiden ohuista eristekerroksista
- Sähkövarauksen kulkeutumisen seuraaminen orgaanisten ja perovskiittipohjaisten aurinkokennojen valoa absorboivissa kerroksissa
- Reikien ja muiden vikojen havainnointi ALD- ja CVD-menetelmillä kasvatettuissa estokerroksissa
- Sähköisen homogeenisuuden arviointi 2D-materiaaleissa (esim. grafeeni, MoS2)
- Ohutkalvojen laadunvalvonta: prosessiparametrien vaikutus sähköisten ominaisuuksien tasalaatuisuuteen
- Mikroelektroniikkalaitteiden johtavien rakenteiden ja estokerrosten vika-analyysi
Ota yhteyttä
Vastaamme viesteihin yhdessä arkipäivässä.
Onko sinulla kysymyksiä tai tarvitsetko apua? Lähetä meille sähköpostia info@measurlabs.com tai soita myyjillemme.
Usein kysytyt kysymykset
C-AFM on atomivoimamikroskopian (AFM) muoto, joka mahdollistaa sähkövirran paikallisen mittauksen samanaikaisesti pintatopografian määrityksen kanssa.
Menetelmän tyypilliset määritysrajat ovat seuraavat: Virta: 1 pA–10 µA; sivuttaissuuntainen erotuskyky: 20–50 nm; esijännite: −10 V - +10 V; resistiivisyys < 109 Ω·cm
Yksi, kooltaan vähintään 5 x 5 mm näytekappale on riittävä C-AFM-mittausta varten. Pienempiä näytteitä voi olla mahdollista analysoida, mutta tästä tulee sopia etukäteen. Prosessioptimointiin ja eri materiaalien vertailuun tähtääviin testausprojekteihin tarvitaan vähintään kaksi näytettä. Koska C-AFM on luonteeltaan näytettä vahingoittamaton menetelmä, voidaan näytteet palauttaa asiakkaalle analyysin jälkeen lisämaksua vastaan.
Kyllä. C-AFM vaatii suljetun sähköpiirin, joka kulkee mittakärjestä kalvon läpi maadoitettuun alustaan. Pii, metallifoliot ja ITO-lasi soveltuvat mittaukseen sellaisenaan, kun taas täysin eristävälle alustalle (esim. lasi, polymeeri) tulee sputteroida esimerkiksi 10–20 nm titaania tai kromia ennen kalvon kasvatusta. Asiantuntijamme auttavat tarvittaessa sopivan näytevalmistelutekniikan valitsemisessa.
C-AFM mittaa absoluuttista virrankulkua suoran kärki-näytekontaktin kautta ja soveltuu parhaiten johtavuuskartoitukseen, vuotokohtien paikantamiseen ja paikalliseen virta-jännite-spektroskopiaan ohutkalvoissa ja pinnoilla. KPFM (Kelvin probe force microscopy) toimii kosketuksettomassa tilassa ja kartoittaa pintapotentiaalia tai irrotustyötä ilman virrankulkua, mistä on hyötyä silloin, kun mittakärjen kuluminen on ongelma tai kun tarvitaan tietoa materiaalien energiavyörakenteista liitoskohdissa. SSRM (scanning spreading resistance microscopy) käyttää suurta kontaktivoimaa timanttikärjellä ja on optimoitu resistiivisyysprofilointiin puolijohdelaitteiden poikkileikkauksista. Sen dynaaminen mittausalue on C-AFM:ää laajempi, mutta menetelmä edellyttää näytteen poikkileikkausta. Tarjoamme kaikkia kolmea menetelmää ja voimme auttaa valitsemaan sopivimman lähestymistavan näytteen ja analyysin tavoitteiden mukaan.
Tavallinen AFM kartoittaa ainoastaan pinnanmuotoja, kun taas C-AFM tuottaa lisäksi tietoa sähkönjohtavuudesta. Laitteen topografiasignaali on erotuskyvyltään ja tarkkuudeltaan identtinen tavallisen kontaktimoodin AFM:n kanssa.
Measurlabs tarjoaa erilaisia laboratorioanalyyseja tuotekehittäjille ja laatujohtajille. Suoritamme osan analyyseista omassa laboratoriossamme, mutta enimmäkseen ulkoistamme ne huolella valikoiduille kumppanilaboratorioille. Tällä tavoin pystymme lähettämään kunkin näytteen sille sopivimpaan laboratorioon ja tarjoamaan asiakkaillemme korkealaatuisia analyyseja yli tuhannella eri menetelmällä.
Kun otat meihin yhteyttä tarjouspyyntölomakkeella tai sähköpostilla, yksi menetelmäasiantuntijoistamme ottaa mittauksesi hoitaakseen ja vastaa mahdollisiin kysymyksiisi. Saat kirjallisen tarjouksen, jossa on kerrottu mittauksen yksityiskohdat ja osoite, johon voit lähettää näytteet. Me huolehdimme sen jälkeen näytteiden toimittamisesta oikeisiin laboratorioihin ja kirjoitamme tuloksista sinulle selkeän mittausraportin.
Näytteet toimitetaan laboratorioomme yleensä lähetillä. Varmista yksityiskohdat asiantuntijamme kanssa ennen näytteiden lähettämistä.