Wykorzystanie mikroskopu sił atomowych w trybie stałego prądu do badania materiałów przewodzących i tlenkowych

• Autorzy: Gajewski K. , Gotszalk T. , Wielgoszewski G.

Warianty tytułu

EN

Constant Current Conductive-Atomic Force Microscope for investigation conductive and oxide materials

• Konferencja: Krajowa Konferencja Elektroniki. 10 ; 05-09.06.2011 ; Darłówko Wschodnie, Polska
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono mikroskop sił atomowych z przewodzącą sondą, pracujący w trybie stałego prądu. Od klasycznego rozwiązania różni się tym, że napięcie polaryzujące nie jest stale, ale jest za pomocą regulatora proporcjonalno-całkująco-różniczkującego (PID) dopasowywane tak, aby prąd płynący przez ostrze miał stałą wartość. Umożliwia to uniknięcie uszkodzeń powierzchni próbki i ostrza, wynikających z przepływu prądu o zbyt dużym natężeniu. W uzupełnieniu do opisu metody pomiarowej zaprezentowana została konstrukcja przetwornika prądnapięcie o pikoamperowej czułości, niezbędnego do pomiarów właściwości warstw z materiałów dielektrycznych, docelowego obiektu badań przedstawionego mikroskopu. Przedstawione są również wyniki pomiarów, uzyskane w trybie stałego prądu na powierzchni wysoko zorientowanego grafitu pirolitycznego.

EN

In the paper a constant-current conductive atomie force microscope (CC-CAFM) is introduced. In this set-up the applied polarization voltage is not constant, as in a standard conductive AFM, but is set by a proportional-integral-derivative controller, which maintains the tip current constant. Such a solution prevents surface modification and tip wear, which may oceur as a result of too high current. In addition to the description of the set-up, construetion of a current-to-voltage converter of picoampere sensitivity is presented. The device is needed for investigation of dielectric films' properties, which are goal experiments to be conducted using the presented CC-CAFM. Results of experiments on a highly oriented pyrolytic graphite are also presented.

Słowa kluczowe

PL

cienkie warstwy tlenkowe; HOPG; AFM; C-AFM; tryb stałoprądowy C-AFM

EN

thin oxide films; HOPG; AFM; C-AFM; constant current C-AFM

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 52, nr 10
• Strony: 104--106
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., il.

Twórcy

autor

Gajewski K.

autor

Gotszalk T.

autor

Wielgoszewski G.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki

Bibliografia

• [1] Ganesan K., S. Ilango, S. Mariyappan, M. Farrokh Baroughi, M. Kamruddin, A. K. Tyagi: Conductive atomic force microscopy studies on dielectric breakdown behavior of ultrathin AI2O3 films. Appl. Phys. Lett., 98, 092902 (2011); doi:10.1063/1.3560307.
• [2] Woszczyna M., P. Zawierucha, A. Masalska, T. Gotszak: Investigations of local electrical properties using tunneling/atomic force microscope with a quartz tuning fork nearfield sensor. Vacuum, Volume 82, Issue 10, 3 June 2008, pp. 982-987, doi:10.1016/j.vacuum.2008.01.007.
• [3] Wielgoszewski G., T. Gotszalk, M. Woszczyna, P. Zawierucha, E. Zschech: Conductive atomic force microscope for investigation of thin-film gate insulators. Bulletin of the Polish Academy of Sciences: Technical Sciences, Vol. 56, No. 1, 2008.
• [4] Kolanek K., T. Gotszalk, M. Zielony, P. Grabiec: Kinetyka wzrostu tlenków na powierzchni krzemu podczas procesu lokalnej anodyzacji. VI Krajowa Konferencja Elektroniki, 2007, s. 35-41.
• [5] Uppal H. J., S. Bernardini, E. Efthymiou, S. N. Volkos, A. Dimoulas, V. Markevich, B. Hamilton, A. R. Peaker: Nanoscale electrical characterization of ultrathin high-k dielectric MOS stacks: A conducting AFM study. Materials Science in Semiconductor Processing, Volume 11, Issues 5-6, October 2008, pp. 250-25, doi:10.1016/j.mssp.2008.10.006.
• [6] Woszczyna M., P. Zawierucha, A. Masalska, G. Jóźwiak, E. Staryga, T. Gotszalk: Tunneling/shear force microscopy using piezoelectric tuning forks for characterization of topography and local electric surface properties. Ultramicroscopy, Volume 110, Issue 7, June 2010, pp. 877-880.
• [7] Banerjee S., M. Sardar, N. Gayathri, A. K. Tyagi, Baldev Raj: Conductivity landscape of highly oriented pyrolytic graphite surfaces containing ribbons and edges. Physical Review B, 72, 075418 2005.