Исследование распределения зарядов и электрических полей в приборных наноструктурах методами сканирующей зондовой микроскопии

• Автор: Алексеев, Прохор Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 159 с. : ил.

Содержание
Содержание
Список используемых обозначений и сокращений
Введение
Глава 1 Сканирующая зондовая микроскопия - как метод исследования свойств приборных наноструктур
1.1 Виды сканирующей зондовой микроскопии
1.2 Исследование топографии поверхности
1.3 Особенности СЗМ зондов
1.4 Исследование механических свойств
1.5 Измерение тока
1.6. Электросиловые методы ССМ
1.7 Кельвин-зонд микроскопия (КЗМ)
1.8 Градиентная Кельвин-зонд микроскопия (ГКЗМ)
Глава 2 Исследование поведения зарядов в нанотонких диэлектрических слоях методами Кельвин зонд микроскопии
2.1 Введение
2.2 Объект и метод исследования
2.3 Сопоставительный анализ распространения зарядов в слоях Si02 и Si3N
2.4 Поведение зарядов в нанотонких слоях LaSc
2.5 Выводы
Глава 3 Исследование распределения поверхностного потенциала на сколах приборных гетероструктур на основе соединений А3В
3.1 Введение
3.2 Исследование морфологии зеркал лазерных гетероструктур на основе GaAs/AlGaAs
3.3 ГКЗМ исследования поверхности сколов п+ - n' - р+ GaAs структур
3.4 КЗМ исследование фотодиодной InAs/InAso.ssSbo.n/InAsSbP структуры
3.5 ГКЗМ исследование светодиодной гетероструктуры II типа InAsSbP/InAs с двухцветной люминесценцией
3.6 Выводы
Глава 4 СЗМ исследование электрофизических свойств GaAs нанопроводов.
4.1 Введение
4.2 Описание образцов
4.3 ГКЗМ исследование GaAs НП с металлическими контактами
4.4 Особенности измерения ВАХ НП с помощью СЗМ зонда
4.5 СЗМ иследование проводимости GaAs НП
4.6 Фотопроводимость GaAs НП
4.7 Выводы
Заключение
Список литературы

Список используемых обозначений и сокращений
AM - амплитудная модуляция.
ACM - атомно-силовая микроскопия (или в контексте атомно-силовой микроскоп).
БУЭ - блок управляющей электроники.
СЗМ - сканирующая зондовая микроскопия (или в контексте сканирующий зондовый микроскоп.
ГКЗМ - градиентная Кельвин-зонд микроскопия.
ЖФЭ - жидкофазная эпитаксия.
ЗП - зарядовое пятно.
КЗМ - Кельвин-зонд микроскопия.
КРП - контактная разность потенциалов.
РЖ - нанокристалл.
НП - нанопровод.
НЧ - наночастица.
ОПЗ - область пространственного заряда.
ПЭМ - просвечивающая электронная растровая микроскопия (или в контексте просвечивающий электронный микроскоп).
ССМ - сканирующая силовая микроскопия.
СЭМ - сканирующая электронная растровая микроскопия (или в контексте сканирующий электронный микроскоп).
УНТ - углеродная нанотрубка.
ФП - фотопроводимость.
Все единицы измерения соответствуют международной системе единиц (СИ). Для удобства используются стандартные приставки типа: н - нано, мк - микро, м - мили и т.д. В обозначении химических элементов и соединений использовались латинские буквы, соответствующие обозначениям в таблице Менделеева.

Введение
В последние десятилетия происходит быстрая трансформация приборов и устройств электроники в диапазон субмикронных и уже нано размеров. В этой связи существует нарастающая необходимость в изучении свойств современных материалов и приборных структур со столь же высоким латеральным разрешением.
Весьма удачно, что в эти же годы имеет место интенсивное развитие и применение широкого спектра высокочувствительных, обладающих высоким латеральным разрешением методов сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ)[1]. В СЗМ методах изучаемые поверхности сканируются наноострыми зондами, что и определяет получение высокого разрешения. Идеи методов состоят в детектировании сил взаимодействия зонда с изучаемой поверхностью при нано близком расположении зонда относительно поверхности. При этом могут детектироваться и изучаться силы взаимодействия различной природы: механические, электростатические, магнитные и др., что открывает прямой доступ к изучению, практически, всех свойств изучаемых объектов.
В настоящей работе были выполнены исследования по дальнейшему совершенствованию некоторых методов СЗМ и их применению к изучению современных материалов и структур микро и наноэлектроники. Прежде всего, был развит и применен метод Градиентной Кельвин Зонд Микроскопии (ГКЗМ) для изучения распределений зарядов и полей в материалах и приборных структурах с латеральным разрешением до 10 нм. Предложены СЗМ методики для исследования механических и электрических свойств полупроводниковых нанопроводов, сохраняющих ростовой контакт с подложкой. Определены оптимальные условия проведения таких исследований, позволяющие избегать получения артефактов в СЗМ изображениях.
В ходе выполнения работы были получены новые важные сведения о
поведении локальных зарядов в нанотонких диэлектрических слоях 8Ю2, 813Ы
и Ы§й-£ диэлектрика ЬаБсОз, служащих подзатворными диэлектриками в МДП

Другим преимуществом вакуумных условий является значительное увеличение, примерно на два порядка, добротности колебаний зонда, что соответственно приводит к увеличению чувствительности измерений. Однако, поскольку время стабилизации амплитуды колебаний зонда т определяется как: г=0,/т$' [25], то для типичных значений 0=20000 и /=100 кГц, время стабилизации составит бОмс. Поскольку в одной строчке сканирования обычно используется от 200 до 500 точек, то частота сканирования одной строчки должна быть не больше 0.3 Гц. Ситуацию можно исправить путём сканирования на второй гармонике резонансной частоты, на которой добротность меньше, однако, как уже говорилось выше, параллельно увеличивается жёсткость и соответственно падает чувствительность. ГКЗМ, основанная на частотной модуляции лишена этого ограничения, поскольку измеряется не амплитуда, а частота, время стабилизации которой определяется как т=1/к/.
Однако если характерные времена трансформации Кельвин изображений исследуемых процессов под действием внешних условий составляют минуты, то применение КЗМ и ГКЗМ на основе амплитудной модуляции позволяет проводить исследование этих явлений.