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고해상도, 고감도 표면 전위 이미징

고해상도, 고감도 표면 전위 이미징

EFM

시리즈의 개량형 EFM 옵션은 세 가지 추가 EFM 모드를 지원합니다. 이러한 모드는 EFM-DC(파크시스템스 미국 특허 번호 6,185,991), 압전현미경(PFM, EFM-DC과 동일) 및 표면 전위 현미경이라고도 하는 주사형 켈빈 프로브 현미경(SKPM)입니다.

그림 1에 계통도가 나와 있는 XE 시리즈의 개량형 EFM에서는 두 가지 용도를 갖는 외부 락인앰프가 XE 시리즈 원자현미경에 연결되어 있습니다. 첫 번째 용도는 XE 컨트롤러가 인가하는 DC 바이어스 전압에 더하여 주파수 ω의 AC 바이어스 전압을 팁에 인가하는 것입니다. 두 번째 용도는 출력 신호에서 주파수 ω 성분을 분리하는 것입니다. XE 시리즈 개량형 EFM의 이러한 독보적인 기능이 표준 EFM보다 우수한 성능을 발휘하게 해 줍니다.

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그림 1. XE 시리즈개량형 EFM의계통도

 


EFM의 장점

EFM은 불필요하고 비효율적인 2회 반복 스캔 기법을 사용하므로 표면 전위 맵의 공간 분해능이 제한될 수밖에 없습니다. XE 시리즈의 개량형 EFM은 효율적인 1회 스캔을 통해 공간 분해능을 유지하면서 형상과 표면 전위를 동시에 측정하도록 설계되었습니다(그림 2). 또한 이 설계는 개량형 EFM의 핵심을 이루는 두 가지 혁신적인 기능을 실현합니다.

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


 

SKPM

SKPM의 원리는 DC 바이어스 전압 피드백을 사용한 개량형 EFM과 비슷합니다(그림 2). 피드백 루프를 통해 DC 바이어스 전압을 제어하여 ω 항을 0으로 만듭니다. 이 DC 바이어스 전압으로 표면 전위가 측정됩니다. 다른 모드와의 차이점은 락인앰프에서 얻은 신호를 처리하는 방식입니다. 앞부분에서 설명한 것처럼 락인앰프의 ω 신호는 다음 방정식으로 표현될 수 있습니다.

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ω 신호를 단독으로 사용하여 표면 전위를 측정할 수 있습니다. VDC = Vs, 즉 DC 상쇄 바이어스 전압이 시료의 표면 전위와 일치할 때 ω 신호의 진폭이 0이 됩니다. 따라서 ω 신호를 측정하는 락인앰프의 출력이 0이 되도록 DC 상쇄 바이어스 전압을 조절하는 피드백 루프를 시스템에 추가할 수 있습니다. 이렇게 하면 ω 신호를 0으로 만드는 DC 상쇄 바이어스 전압 값으로 표면 전위가 측정됩니다. 이러한 방법으로 DC 상쇄 바이어스 전압을 조절하여 작성한 이미지가 표면 전위의 절대값을 나타내는 이미지로 제시됩니다(그림 3).

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그림 2. VDC를제어하여 ω 성분의진폭을 0으로만들면 VDC가표면전위와같아집니다.

 

 

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Figure 3. Surface Potential distribution on an ASIC

Park SPM Modes