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半導体・マイクロエレクトロニクス研究のためのAFM

走査型マイクロ波インピーダンス顕微鏡 (sMIM, scanning microwave impedance microscopy) でイメージングした半導体トランジスタデバイス

半導体の物理やデバイスエレクトロニクスの分野は、長年にわたり、化学、材料、コンピュータサイエンス、エンジニアリングの全分野、さらには生物学にまで及び発展を続けてきました。過去20年間にわたり、原子間力顕微鏡(AFM, atomic force microscopy)は、多くの技術進歩において重要な役割を果たしてきました。アサイラム・リサーチの原子間力顕微鏡は、これらの複雑なデバイスやマテリアルに対して幅広いテクニックを提供しています。MFP-3D AFMファミリーや Cypher AFMファミリーは、幅広い材料やデバイスを扱える優れた研究用AFMであり、計測機器市場において他に類をみません。

AFMに関する技術的なお問い合わせ

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

  • ドーピング濃度(doping concentration) (dC/dV) や、マイクロ波損失 (microwave loss) (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

コンダクティブAFM (CAFM, Conductive AFM)

  • 試料に印加したバイアスの関数として探針に流れる電流を測定

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、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接触電位差 (CPD, contact potential difference) を正確に測定

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

  • 静電容量の局所的な変動や、絶縁材料に埋め込まれた導体によって生じる力勾配をマッピング

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の接触区間で試料にバイアスを印加して電流を測定

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

走査型ゲート顕微鏡 (Scanning Gate Microscopy)

  • デバイスのゲートをマッピングして均一性を診断し、障害を検出

環境制御

  • Cypher ESおよびその環境セルをグローブボックス内で使用することができ、材料・デバイスの開発時や故障解析時に環境による劣化を防ぐことが可能

回折限界的な光学系

  • 検査や分析のために、個々の欠陥箇所を持つサイトやデバイスの特定が可能

マクロビルダー (MacroBuilder)

  • ユーザーは、高度なGUIベースのプログラミングにより、測定作業の自動化が図られ、研究時間の最適化が可能

sMIM

  • 導体・半導体・絶縁体など、広範囲にわたる線形および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、ドーパント濃度や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選別
  • 表面で測定した静電容量の変化に基づく埋込み構造の可視化
  • エキゾチックナノワイヤーや、新規ナノ構造体、ナノデバイスの特性を50 nm以下の分解能で評価

KPFM

  • サンプル上のトラップ電荷を有する領域を特定
  • 薄膜の被覆率や厚さの均一性の検査
  • 仕事関数に基づいた金属ナノ構造体の調査
  • 半導体接合部およびヘテロ構造体のポテンシャルプロファイルの特性評価

EFM

  • 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
  • ポリマーブレンド中の導電性成分の検出

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特性評価
  • 酸化膜の均一性や欠陥の評価
  • 太陽電池の材料やデバイスの光電流測定
  • ナノワイヤやナノ構造体の抵抗測定

電流マッピング

  • 半導体の拡がり抵抗の完全な特性評価のために、n×n アレイ上に電流 - 電圧(I-V)曲線をマッピング
  • 繊細なデバイスや材料をイメージングするための電流マッピングを組み合わせた、高速フォースカーブを用いた材料の高速電流マッピング
  • 半導体材料・デバイス向けの、移動度や剛性、その他重要な特性を評価できる解析セット

"Biodegradable electronic systems in 3D, heterogeneously integrated formats," J. K. Chang, H. P. Chang, Q. Guo, J. Koo, C. I. Wu, and J. A. Rogers, Adv. Mater. 30, 1704955 (2018). https://doi.org/10.1002/adma.201704955

"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

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"Electrochemical strain microscopy probes morphology-induced variations in ion uptake and performance in organic electrochemical transistors," R. Giridharagopal, L. Q. Flagg, J. S. Harrison, M. E. Ziffer, J. Onorato, C. K. Luscombe, and D. S. Ginger, Nat. Mater. 16, 737 (2017). https://doi.org/10.1038/nmat4918

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"Carrier density modulation in a germanium heterostructure by ferroelectric switching," P. Ponath, K. Fredrickson, A. B. Posadas, Y. Ren, X. Wu, R. K. Vasudevan, M. B. Okatan, S. Jesse, T. Aoki, M. R. McCartney, D. J. Smith, S. V. Kalinin, K. Lai, and A. A. Demkov, Nat. Commun. 6, 6067 (2015). https://doi.org/10.1038/ncomms7067

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"Effective passivation of exfoliated black phosphorus transistors against ambient degradation," J. D. Wood, S. A. Wells, D. Jariwala, K.-S. Chen, E. Cho, V. K. Sangwan, X. Liu, L. J. Lauhon, T. J. Marks, and M. C. Hersam, Nano Lett. 14, 6964 (2014). https://doi.org/10.1021/nl5032293

"Low-voltage self-assembled monolayer field-effect transistors on flexible substrates," T. Schmaltz, A. Y. Amin, A. Khassanov, T. Meyer-Friedrichsen, H.-G. Steinrück, A. Magerl, J. J. Segura, K. Voïtchovsky, F. Stellacci, and M. Halik, Adv. Mater. 25, 4511 (2013). https://doi.org/10.1002/adma.201301176

"Using nanoscale thermocapillary flows to create arrays of purely semiconducting single-walled carbon nanotubes," S. H. Jin, S. N. Dunham, J. Song, X. Xie, J. Kim, C. Lu, A. Islam, F. Du, J. Kim, J. Felts, Y. Li, F. Xiong, M. A. Wahab, M. Menon, E. Cho, K. L. Grosse, D. J. Lee, H. U. Chung, E. Pop, M. A. Alam, W. P. King, Y. Huang and J. A. Rogers, Nat. Nanotechnol. 8, 347 (2013). https://doi.org/10.1038/nnano.2013.56

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"Strain-gated piezotronic transistors based on vertical zinc oxide nanowires," W. Han, Y. Zhou, Y. Zhang, C.-Y. Chen, L. Lin, X. Wang, S. Wang, and Z. L. Wang, ACS Nano 6, 3760 (2012). https://doi.org/10.1021/nn301277m

"Solid-state memories based on ferroelectric tunnel junctions," A. Chanthbouala, A. Crassous, V. Garcia, K. Bouzehouane, S. Fusil, X. Moya, J. Allibe, B. Dlubak, J. Grollier, S. Xavier, C. Deranlot, A. Moshar, R. Proksch, N. D. Mathur, M. Bibes, and A. Barthélémy, Nat. Nanotechnol. 7, 101 (2012). https://doi.org/10.1038/nnano.2011.213

"Single-layer MoS2 transistors," B. Radisavljevic, A. Radenovic, J. Brivio, V. Giacometti, and A. Kis, Nat. Nanotechnol. 6, 147 (2011). https://doi.org/10.1038/nnano.2010.279

"Creation of a two-dimensional electron gas at an oxide interface on silicon," J. W. Park, D. F. Bogorin, C. Cen, D. A. Felker, Y. Zhang, C. T. Nelson, C. W. Bark, C. M. Folkman, X. Q. Pan, M. S. Rzchowski, J. Levy, and C. B. Eom, Nat. Commun. 1, 94 (2010). https://doi.org/10.1038/ncomms1096

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"Organic single-crystal field-effect transistors of a soluble anthradithiophene," O. D. Jurchescu, S. Subramanian, R. J. Kline, S. D. Hudson, J. E. Anthony, T. N. Jackson, and D. J. Gundlach, Chem. Mater. 20, 6733 (2008). https://doi.org/10.1021/cm8021165

"Hunting the origins of line width roughness with chemical force microscopy," J. T. Woodward, J. Hwang, V. M. Prabhu, and K.-W. Choi, in CP931, Frontiers of Characterization and Metrology for Nanoelectronics (eds. D. G. Seiler, A. C. Diebold, R. McDonald, C. M. Gamer, D. Herr, R. P. Khosla, and E. M. Secula), AIP Conference Proceedings 931, 413 (2007). https://doi.org/10.1063/1.2799409

"Defect-free fabrication for single crystal silicon substrate by chemo-mechanical grinding," L. Zhou, H. Eda, J. Shimizu, S. Kamiya, H. Iwase, S. Kimura, and H. Sato, CIRP Ann. Manuf. Technol. 55, 313 (2006). https://doi.org/10.1016/S0007-8506(07)60424-7