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ナノスケール電気特性評価のためのAFMツール

原子間力顕微鏡で取得した、カーボン充填ポリマーブレンドの表面電位像

原子間力顕微鏡 (AFM, atomic force microscopy) は、高い空間分解能および直接的なプロービング機能により、ナノスケールの電気的な特性を評価するための強力なツールとなります。アサイラム・リサーチでは、ナノスケールの電気特性を評価するためのツール一式を MFP-3D™ AFMファミリーおよびCypher™ AFMファミリーで提供しています。定量的な電気的測定を目的としていますが、電気特性評価モード(エレクトリカルモード)は、サンプル中の物質を、電気特性の定性的な相違に基づいて比較し、その成分の検出・識別・同定をすばやく行うためにも頻繁に使用されます。

Cypher AFM用のレーザー干渉変位計測オプション(IDS, Interferometric Displacement Sensor)を使用することにより、圧電応答顕微鏡 (PFM,  piezoresponse force microscopy) を使用したd33値測定の再現性が高まり、アーティファクトを取り除くことができます。IDSは、従来の光てこによるたわみ検出法(OBD, optical beam deflection)に利用されるカンチレバー角度の代わりに、カンチレバーのたわみを直接測定します。 IDSは、静電相互作用によるアーティファクトを除去します。 下の技術資料のタブより、IDSオプションのデータシートをダウンロードしていただけます。

AFMに関する技術的なお問い合わせ

ケルビンプローブフォース顕微鏡
(KPFM; Kelvin Probe Force Microscopy)

  • 仕事関数の差異、トラップ電荷の有無、またはオフセット電圧に基づいて表面電位を正確に測定

電気力顕微鏡
(EFM; Electrostatic Force Microscopy)

  • 静電気力勾配をマッピング

ナノスケール絶縁膜経時破壊(nanoTDDB;
Nanoscale Time Dependent Dielectric Breakdown)

  • 誘電体薄膜の絶縁破壊電圧を検出

コンダクティブAFM(CAFM; Conductive AFM)

  • サンプルに印加したバイアス電圧の関数として、探針に流れる電流を測定

高速フォースマッピングによる電流マッピング

  • 高速フォースカーブにおいて、探針がサンプルに接触している間、サンプルにバイアス電圧を印加して電流を測定

走査型マイクロ波インピーダンス顕微鏡(sMIM; Scanning Microwave Impedance Microscopy)

  • dC/dVやdR/dVと同様に、局所的な静電容量や抵抗の変化をマッピング

KPFM

  • ポリマーブレンド中の、導電性を有する成分の検出
  • 薄膜の被覆率や厚さにおける均一性の測定
  • 仕事関数に基づいた金属ナノ構造の観察
  • 半導体接合部およびヘテロ構造の電位プロファイルの評価

EFM

  • サンプル内でトラップ電荷が存在する領域の特定
  • 絶縁マトリックス中に埋め込まれたカーボンナノチューブの検出

CAFM

  • 不揮発性メモリにアクセスするデバイスのスイッチング性能の評価

sMIM

  • 導体・半導体・絶縁体を含む、広範囲な線形・非線形材料の特性評価
  • 材料の誘電率や導電率に基づくコントラストを提供
  • マイクロ電子デバイスの故障解析に適用できるドーパント濃度とドーパントタイプのマッピング
  • 金属性・半導体性の挙動を示すカーボンナノチューブの識別
  • 表面で測定した静電容量の変化に基づいて、埋め込まれた構造を可視化

下のリストより技術資料(英文)のダウンロードをご利用いただけます。
日本語版をご希望の場合にはこちらからご連絡ください。

"Local characterization of mobile charge carriers by two electrical AFM modes: multi-harmonic EFM versus sMIM," L. Lei, R. Xu, S. Ye, X. Wang, K. Xu, S. Hussain, Y. J. Li, Y. Sugawara, L. Xie, W. Ji, and Z. Cheng, J. Phys. Commun. 2, 025013 (2018). https://doi.org/10.1088/2399-6528/aaa85f

"Probing the ionic and electrochemical phenomena during resistive switching of NiO thin films," W. Lu, J. Xiao, L.-M. Wong, S. Wang, and K. Zeng, ACS Appl. Mater. Interfaces 10, 8092 (2018). https://doi.org/10.1021/acsami.7b16188

"Optimization of the Ag/PCBM interface by a rhodamine interlayer to enhance the efficiency and stability of perovskite solar cells," J. Ciro, S. Mesa, J. I. Uribe, M. A. Mejía-Escobar, D. Ramirez, J. F. Montoya, R. Betancur, H.-S. Yoo, N.-G. Park, and F. Jaramillo, Nanoscale 9, 9440 (2017). https://doi.org/10.1039/c7nr01678f

"Spatially resolved multicolor CsPbX3 nanowire heterojunctions via anion exchange," L. Dou, M. Lai, C. S. Kley, Y. Yang, C. G. Bischak, D. Zhang, S. W. Eaton, N. S. Ginsberg, and P. Yang, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 114, 7216 (2017). https://doi.org/10.1073/pnas.1703860114

"New insights on electro-optical response of poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) film to humidity," E. S. Muckley, C. B. Jacobs, K. Vidal, J. P. Mahalik, R. Kumar, B. G. Sumpter, and I. N. Ivanov, ACS Appl. Mater. Interfaces 9, 15880 (2017). https://doi.org/10.1021/acsami.7b03128

"Mapping the photoresponse of CH3NH3PbI3 hybrid perovskite thin films at the nanoscale," Y. Kutes, Y. Zhou, J. L. Bosse, J. Steffes, N. P. Padture, and B. D. Huey, Nano Lett. 16, 3434 (2016). https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5b04157

"Grain boundary dominated ion migration in polycrystalline organic–inorganic halide perovskite films," Y. Shao, Y. Fang, T. Li, Q. Wang, Q. Dong, Y. Deng, Y. Yuan, H. Wei, M. Wang, A. Gruverman, J. Shield, and J. Huang, Energy Environ. Sci. 9, 1752 (2016). https://doi.org/10.1039/c6ee00413j

"High‐performance and environmentally stable planar heterojunction perovskite solar cells based on a solution‐processed copper‐doped nickel oxide hole‐transporting layer," J. H. Kim, P.‐W. Liang, S. T. Williams, N. Cho, C.-C. Chueh, M. S. Glaz, D. S. Ginger, and A. K.‐Y. Jen, Adv. Mater. 27, 695 (2015). https://doi.org/10.1002/adma.201404189

"Gate-tunable memristive phenomena mediated by grain boundaries in single-layer MoS2," V. K. Sangwan, D. Jariwala, I. S. Kim, K. S. Chen, T. J. Marks, L. J. Lauhon, and M. C. Hersam, Nat. Nanotechnol. 10, 403 (2015). https://doi.org/10.1038/nnano.2015.56

"Polymer homo‐tandem solar cells with best efficiency of 11.3%," H. Zhou, Y. Zhang, C. K. Mai, S. D. Collins, G. C. Bazan, T. Q. Nguyen, and A. J. Heeger, Adv. Mater. 27, 1767 (2015). https://doi.org/10.1002/adma.201404220

"Observation and alteration of surface states of hematite photoelectrodes," C. Du, M. Zhang, J.-W. Jang, Y. Liu, G.-Y. Liu, and D. Wang, J. Phys. Chem. C 118, 17054 (2014). https://doi.org/10.1021/jp5006346

"Solvent‐polarity‐induced active layer morphology control in crystalline diketopyrrolopyrrole‐based low band gap polymer photovoltaics," S. Ferdous, F. Liu, D. Wang, and T.P. Russell, Adv. Energy Mater. 4, 1300834 (2014). https://doi.org/10.1002/aenm.201300834

"Quantifying charge carrier concentration in ZnO thin films by scanning Kelvin probe microscopy," C. Maragliano, S. Lilliu, M. S. Dahlem, M. Chiesa, T. Souier, and M. Stefancich, Sci. Rep. 4, 4203 (2014). https://doi.org/10.1038/srep04203

"A new quantitative experimental approach to investigate single cell adhesion on multifunctional substrates," C. Canale, A. Petrelli, M. Salerno, A. Diaspro, and S. Dante, Biosens. Bioelectron. 48, 172 (2013). http://doi.org/10.1016/j.bios.2013.04.015

"Kelvin probe microscopy and electronic transport measurements in reduced graphene oxide chemical sensors," C. E. Kehayias, S. MacNaughton, S. Sonkusale, and C. Staii, Nanotechnology 24, 245502 (2013). https://doi.org/10.1088/0957-4484/24/24/245502

"High spatial resolution Kelvin probe force microscopy with coaxial probes," K. A. Brown, K. J. Satzinger, and R. M. Westervelt, Nanotechnology 23, 115703 (2012). https://doi.org/10.1088/0957-4484/23/11/115703

"Sub-30 nm scaling and high-speed operation of fully-confined access-devices for 3D crosspoint memory based on mixed-ionic-electronic-conduction (MIEC) materials," K. Virwani, G.W. Burr, R.S. Shenoy, C.T. Rettner, A. Padilla, T. Topuria, P.M. Rice, G. Ho, R.S. King, K. Nguyen, A.N. Bowers, M. Jurich, M. BrightSky, E.A. Joseph, A.J. Kellock, N. Arellano, B.N. Kurdi, and K. Gopalakrishnan Kumar, in IEEE International Electron Devices Meeting 2012 Technical Digest (10-13 December 2012, San Francisco, CA), pp. 2.7.1-2.7.4. https://doi.org/10.1109/iedm.2012.6478967

"Photoinduced degradation studies of organic solar cell materials using Kelvin probe force and conductive scanning force microscopy," E. Sengupta, A. L. Domanski, S. A. Weber, M. B. Untch, H. J. Butt, T. Sauermann, H. J. Egelhaaf, and R. Berger, J. Phys. Chem. C 115, 19994 (2011). https://doi.org/10.1021/jp2048713

"Kelvin force microscopy studies of work function of transparent conducting ZnO:Al electrodes synthesized under varying oxygen pressures," R. Jaramillo and S. Ramanathan, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 95, 602 (2011). https://doi.org/10.1016/j.solmat.2010.09.025

"Nanoscale, electrified liquid jets for high-resolution printing of charge," J.-U. Park, S. Lee, S. Unarunotai, Y. Sun, S. Dunham, T. Song, P. M. Ferreira, A. G. Alleyene, U. Paik, and J. A. Rogers, Nano Lett. 10, 584 (2010). https://doi.org/10.1021/nl903495f

"Highly efficient solar cell polymers developed via fine-tuning of structural and electronic properties," Y. Liang, D. Feng, Y. Wu, S.-T. Tsai, G. Li, C. Ray, and L. Yu, J. Am. Chem. Soc. 131, 7792 (2009). https://doi.org/10.1021/ja901545q

"Differential conductivity in self-assembled nanodomains of a diblock copolymer using polystyrene-block-poly(ferrocenylethylmethylsilane)," J. K. Li, S. Zou, D. A. Rider, I. Manners, and G. C. Walker, Adv. Mater. 20, 1989 (2008). https://doi.org/10.1002/adma.200702796

"Space charge limited current measurements on conjugated polymer films using conductive atomic force microscopy," O. G. Reid, K. Munechika, and D. S. Ginger, Nano Lett. 8, 1602 (2008). https://doi.org/10.1021/nl080155l

"Near-static dielectric polarization of individual carbon nanotubes," W. Lu, D. Wang, and L. Chen, Nano Lett. 7, 2729 (2007). https://doi.org/ 10.1021/nl071208m

"Piezoelectric and semiconducting coupled power generating process of a single ZnO belt/wire. A technology for harvesting electricity from the environment," J. Song, J. Zhou, and Z. L. Wang, Nano Lett. 6, 1656 (2006). https://doi.org/10.1021/nl060820v