AFM 模式

DataCube 模式

可提供每个像素的多维纳米尺度信息

纳米电学表征的全面解决方案

通过启用多维数据立方体的采集,DataCube模式扩展了PeakForce TUNAPeakForce KPFM等功能。对于材料科学家和工程师,这打破了长期存在的效率和表征障碍。这些新功能可以利用高密度数据立方体同时采集纳米尺度电学和力学特性,在以前这是无法通过单次测量实现的。

多维电学关联光谱

Dimension XR的DataCube模式可在每个像素处提供多维纳米尺度信息,在单次测量中同步采集电学和力学特性。

DataCube模式利用FASTForce Volume,以用户定义的“停留时间”在每个像素处执行力-距测量。在停留时间内,以极高的数据采集率进行大量的电学测量,从而在每个像素处产生电学和力学谱。典型的力-距测量以40 Hz进行,每个像素有100毫秒的停留时间,可通过单次实验提供完整的表征,这在商业AFM中是独一无二的。同时呈现形貌、力学和多维电学信息已不再耗时费力。现在,通过常规的AFM测量就可以获得此类数据。DataCube模式可采用每次扫描的复合数据,在纳米尺度上呈现多维数据立方体。此功能支持一系列强大的全新模式。

DataCube-TUNA (DCUBE-TUNA)

CAFM结果受所施加的采样电压的影响,表明材料或器件会随外加电压的影响而发生重大性能转变。DCUBE-TUNA能够在单次测量中同步获取大量采样电压下的纳米力学信息和导电率,以构建密集的样品信息数据立方体。这是唯一能够提供样品导电率全面表征的模式,其中包括导电类型(欧姆、非欧姆、肖特基等)和势垒高度等详细信息。

当每个像素处的采样电压从-2V增加到+2V时,在磁赤铁矿(γ-Fe2O3)上采集的电流图像。不同的晶粒具有不同的导电机理,通过扫描电压将数据视为“切片”来突出显示。

DataCube-SCM (DCUBE-SCM)

扫描电容显微镜(SCM)提供了一种以纳米尺度精度直接测量活性载流子浓度的方法。DCUBE-SCM能够在单次测量中以大量采样电压同步获取纳米力学和载流子信息。该技术提供了一种独特的方法来观察dC/dV幅值和dC/dV相位值的变化以及结位置的偏移。通过生成的数据立方体,研究人员可以观察到有关氧化物厚度、氧化物电荷、阈值电压、流动离子造成的污染以及界面能陷密度等额外的信息。

通过电压从-2V增加到2V时的dC/dV幅值切片,可显示pnp结剖面随电压的变化。数据承蒙法国原子能委员会电子与信息技术实验室及格勒诺布尔-阿尔卑斯大学的N. Chevalier和D. Mariolle提供。
当采样电压从-2V增加到+2V时,在SRAM存储器中相邻的两个pnp晶体管上采集的dC/dV振幅图像。压敏pn结位置与预期行为相对应。一些掺杂缺陷仅在特定电压下可见。扫描尺寸为3x3微米。数据承蒙法国原子能委员会电子与信息技术实验室及格勒诺布尔-阿尔卑斯大学N. Chevalier和D. Mariolle提供。

DataCube-PFM (DCUBE-PFM)

压电响应(压电力)显微镜(PFM)是一种可以在纳米尺度下对样品的逆压电效应进行成像的技术。DCUBE-PFM可以同步获取数据立方体中的纳米力学信息和PFM振幅/相位谱,从而揭示单个数据集中每个畴的切换电压。此外,DCUBE-PFM克服了与传统接触模式方法相关的伪影、样本损坏和数据分析的复杂性。

DCUBE-PFM高度和PFM图像(左)和沿长度为1.2 µm的线穿过BFO铁电样品中多个畴的光谱图(右)。图中显示了从-6V增加到0V的过程中,PFM的振幅和相位与偏置电压的关系。可以为每个单独的畴提取切换电压。

DataCube-CR-PFM (DCUBE-CR-PFM)

DCUBE压电响应(压电力)显微镜与接触共振相结合,提供了DCUBE-PFM的优点,此外还包括在每个像素处提供频率斜坡,以及在接触共振时提供全光谱和峰值灵敏度等优点。

在LiTaO3样品上采集的DCUBE-CR-PFM数据可显示形貌、接触共振(CR)时的PFM振幅,PFM相位和CR峰的数量(材料未显示压电响应时为零)。显示了几个像素的PFM振幅和相位与频谱对应图,以及相应的力谱。

DataCube-SSRM (DCUBE-SSRM)

扫描扩散电阻显微镜(SSRM)用于对掺杂半导体中多数载流子浓度的变化进行成像。DCUBE-SSRM可以在单次测量中同步获取纳米力学信息和3D载流子密度成像。生成的数据立方体可提供全面的表征,包括纳米尺度的形貌、力学信息和对数电阻谱。此外,I-V测量可以显示导电性为欧姆、非欧姆、肖特基或其他类型。

此处的图像系列显示了Dimension Icon XR上的DataCube SSRM如何帮助对组元分布进行成像并揭示颗粒间剧烈的变化。此处DataCube模式下可用的模量图将硬质金属氧化物颗粒与周围的软粘合剂区清晰地区分开来,而同时获得的导电率图则揭示了碳黑分布不均。可以看到,图像顶部边缘附近的一个颗粒未被碳黑覆盖,并且从同一数据立方体提取的一组导电率图像将该颗粒识别为已死亡,即在整个工作电压范围内处于非活动状态。

DataCube-sMIM (DCUBE-sMIM)

扫描微波阻抗显微镜(sMIM) 成像可在用户定义的采样电压下,对阻抗的电容(C)和电阻(R)部分以及dC / dV和dR / dV数据进行成像。借助DCUBE-sMIM,可以通过单次扫描获得在各种不同采样电压下的共同特性-并立即获得“全景图”。光谱还揭示了其他信息,例如导电类型(欧姆、非欧姆、肖特基等)、氧化物厚度、氧化物电荷、流动离子造成的污染以及界面陷阱密度。

具有相反掺杂类型的两个像素的力与时间及电容(sMIM-C)与时间关系图。在100ms停留时间内获取的典型S形C-V曲线,n型和p型均可见。这些图像显示了DataCube模式下具有双阶梯剖面的Si样品在3个不同采样电压下的“切片”(参见样品说明:DOI: 10.1016/j.microrel.2014.07.024, Infineon Munich)。在不同电压下,n型和p型区域的衬度和灵敏度有所不同。