| 고객문의 |

동적 접촉식 정전력 현미경(DC-EFM)

고해상도, 고감도 정전력 이미징

Park AFM만이 제공하는 독보적인 개량형 EFM 기능

EFM의경우시료표면특성은전기적특성이고, 상호작용력은바이어스전압이인가된팁과시료사이의정전력입니다. 그러나팁과시료표면사이에는정전력외에도반데르발스힘이상존합니다. 이러한반데르발스힘은팁과시료간의거리에따라강도가변화하므로표면형상을측정하는데사용됩니다.

따라서획득한신호에는반데르발스힘과정전력에의해각각생성된표면형상정보('형상신호')와표면전기특성정보('EFM 신호')가모두들어있습니다. EFM 이미지를성공적으로측정하려면전체신호에서 EFM 신호만분리해내야합니다. EFM 신호를분리하는방법에따라 EFM 모드를분류할수있습니다.

 

개량형 EFM

Park AFM의개량형 EFM 옵션은세가지추가 EFM 모드를지원합니다. 이러한모드는 DC-EFM(파크시스템스미국특허번호 6,185,991), 압전현미경(PFM, DC-EFM과동일) 및표면전위현미경이라고도하는주사형켈빈프로브현미경(SKPM)입니다.

그림 1에계통도가나와있는 Park AFM 의개량형 EFM에서는두가지용도를갖는외부락인앰프가 Park AFM 원자현미경에연결되어있습니다. 첫번째용도는 XE 컨트롤러가 인가하는 DC 바이어스전압에더하여주파수 ω의 AC 바이어스전압을팁에인가하는것입니다. 두번째용도는출력신호에서주파수 ω 성분을분리하는것입니다. Park AFM 개량형 EFM의이러한독보적인기능이표준 EFM보다우수한성능을발휘하게해줍니다.

dynamic-contact-efm-dc-efm-f1그림 1. Park AFM 개량형 EFM의 계통도

 

개량형 EFM에서 팁과 시료 간의 전압은 다음 방정식으로 표현될 수 있습니다.


dynamic-contact-efm-dc-efm-f1-1

VDC는 DC 상쇄전위, VS는시료의표면전위, VAC및 ω는각각인가 AC 전압신호의진폭과주파수입니다. 캔틸레버에작용하는정전력을방정식 (2)로표현할수있으며, 여기에서는 2개의평행평면축전기모델로캔틸레버와시료간의정전기작용을기술합니다.

여기에서 F는팁에작용하는정전력, q는전하, E는전기장, V는전위차, C는정전용량, d는팁-시료거리입니다. 팁과시료사이에 AC 바이어스전압과 DC 바이어스전압이모두인가되므로팁과시료간의힘을계산하는식에 3개의항이나타납니다. 이러한항을각각 DC 항(a), ω 항(b) 및 2ω 항(c)이라고합니다. 팁과시료간의힘을나타내는캔틸레버총휨신호를 DC 부분, 주파수 ω의 AC 부분, 주파수 2ω의 AC 부분으로나누어분석할수있습니다.

XEP 데이터측정소프트웨어로접근가능한신호채널에서 DC 캔틸레버휨신호를직접읽을수있습니다. 락인앰프에신호를보내면캔틸레버휨신호의 AC 부분중주파수 ω 또는 2ω의신호부분을읽을수있습니다. 이러한세가지신호를종합하여시료의전기적특성에대한정보를얻을수있습니다. 예를들어정전용량은방정식에서팁-시료간격에대한정전용량의비율(C/d)로나타납니다. Z 피드백루프에의해팁-시료거리가일정하게유지되면 C/d는정전용량에비례합니다. 위에나와있는방정식 (2)에서 (b) 항의계수인 ω 신호는 C/d와표면전위 VS의영향을모두포함합니다. VDC와 VAC를알고있더라도측정된 ω 신호에서정전용량의영향과표면전위의영향을구분할방법이없습니다. 그러나위에서 (c) 항의계수인 2ω 신호는정전용량의영향만포함합니다. 따라서 2ω 신호로 ω 신호를정규화하여표면전위의영향을분리해낼수있습니다.

위에언급한어떠한신호로도이미지를만들수있습니다. 이미지분석에서는이미지를만드는데사용된신호의분포를해석합니다.

dynamic-contact-efm-dc-efm-f2(a)                                                             (b)

그림 2. 개량형 EFM(ext)으로측정한 PZT 박막의 (a) 형상이미지및 (b) EFM 위상이미지


개량형 EFM의 장점

기존의 EFM은불필요하고비효율적인 2회반복스캔기법을사용하므로표면전위맵의공간분해능이제한될수밖에없습니다. Park AFM 의개량형 EFM은효율적인 1회스캔을통해공간분해능을유지하면서형상과표면전위를동시에측정하도록설계되었습니다(그림 2). 또한이설계는개량형 EFM의핵심을이루는두가지혁신적인기능을실현합니다. 

dynamic-contact-efm-dc-efm-Why-XE-Enhanced-EFM

•표면전하분포및전위측정
• 미세전자회로의결함분석
• 기계적강도측정(EFM-DC)
• 강유전구역의전하밀도계측
• 미세저항의전압강하
• 반도체의일함수


 DC-EFM

dynamic-contact-efm-dc-efm-f3

그림 3. Park AFM 동적접촉식 EFM(DC-EFM)의계통도. 특허를획득한고유 EFM 기능은파크시스템스에서만제공합니다.

동적접촉식 EFM(DC-EFM) 모드는접촉모드로운용되는개량형 EFM으로서크게향상된공간분해능과더욱민감한검출능력을발휘합니다(그림 3 참조). 그림 4에서는 DC-EFM(위쪽) 및기존 EFM(아래쪽)으로측정한 TGS 단결정의형상및표면전하이미지를비교하여보여줍니다. 기존 EFM으로측정한이미지는형상신호와이미지의강력한간섭현상을보여주는반면, DC-EFM으로측정한이미지는완벽한형상분리를보여줍니다. DC-EFM의주요장점은다음과같습니다.

• 시료를특수하게취급할필요가없음
• 우수한공간분해능및비침투식관찰
• 형상과강유전성구역을동시에이미징(그림 2)
• 강유전성구역의동적인변화를실시간으로이미징
• 나노규모로강유전성구역제어및시각화(그림 5)
• 종합효과가아닌국지적세부정보획득

 DC-EFM그림 4.(a) 형상이미지및 (b) 표면전하이미지 (c) 형상이미지및 (d) 표면전하이미지 
그림 5.(a) 강유전성소재의강유전성구역전환 (b) 10V 플러스인가전압및 (c)기존 EFM으로측정 10V 마이너스인가전압

 

 

 


 

Park SPM Modes