Сканирующая микроскопия сопротивления растекания (SSRM)

Зондирование местной электронной структуры поверхности образца.

SSRM – это применение хорошо известного метода профилирования сопротивления растеканию (SRP) в микро- и наноразмерном масштабах. SRP, однако, является двухзондовым методом, между тем, в SSRM зонд АСМ проводимости сканирует небольшой участок устройства обычным электродом, как показано на рисунке 1. Работа АСМ проводимости и SSRM аналогичны, за исключением того, что SSRM сканирует поперечные слои устройства, а АСМ проводимости обобщенную поверхность. Применение SSRM включает в себя определение распределения легирующей примеси в полупроводниковых материалах и установление точных границ pn-переходов.

Для улучшения разрешения по глубине образцы при исследовании с помощью стандартного двойного зонда SRP требуется выполнение фасок или скосов исследуемой поверхности, качество которых значительно влияет на измеренное контактное сопротивление.

Кроме того, необходимо вносить определенные поправки на смещение перехода из-за диффузии носителей заряда для скошенных поверхностей. Напротив, метод SSRM предлагает более высокое трехмерное разрешение (в несколько раз меньше радиуса зонда) и устраняет необходимость в выполнении скосов. Радиус кривизны зонда SRP (вольфрамовая игла) обычно составляет 10 мкм, а в SSRM применяется алмазная игла, подобная DLC с углеродистым покрытием, размером 50-100 нм (или меньше). Подводимое напряжение, используемое для SRP – на порядок выше, чем для метода SSRM. Динамический диапазон для концентрации носителей заряда в n- и p-типах Si объединяет 5 порядков величины 10¹⁵ – 10²⁰ см^-3.

Существуют два режима SSRM в зависимости от усилителя тока. Это «внутренний SSRM» и «внешний SSRM». Во «внутреннем SSRM» применяется токовый усилитель  с фиксированным усилением в модуле головки с изменяемой длиной. «Внешний SSRM» использует внешний малошумный токовый усилитель с переменным усилением. Во внешнем режиме SSRM измеряемый ток можно изменить путем корректировки коэффициента усиления.

Характеристики

Стандартный

• Концентрация носителей заряда: 10¹⁵ ~ 10²⁰  носителей/см³
• Поперечное разрешение: 10 нм

Внешний

• Взаимное полное сопротивление: 10³ ~ 10¹¹ В/A
• 4,3 фA / √Hz Входной шум
• Полоса частот: до 500кГц
• Диапазон напряжений: -10 ~ +10 В
• Ток: 1 пА ~ 10 мА

Внутренний

• Ток: 10 пА ~ 100 мA Постоянный ток: -10 В ~ +10 В (с шагом 0,001 В)
• Уровень шума: 10 пА

Микроскопы, работающие в режиме сканирующей микроскопии сопротивления растекания (SSRM):