Nano and atomic scale evaluation of atomic-layer materials and devices by scanning nonlinear dielectric microscopy

通过扫描非线性介电显微镜对原子层材料和器件进行纳米和原子尺度评估

基本信息

批准号：
20H02613
负责人：
山末耕平
金额：
$ 11.23万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本課題では，原子層材料・デバイスのキャリア物性，界面物性，結晶欠陥などをナノ・原子スケールで評価できる走査型非線形誘電率顕微鏡（SNDM)の研究を進めている．研究実績は次の通りである．(1) 原子層半導体材料・デバイス観察に適したボックスカー平均法に基づく間欠接触SNDMに関する論文を発表した．既存の間欠接触SNDMはコンタクトモード原子間力顕微鏡を併用した従来型のSNDMに比較して，探針走査にともなう水平方向の力を大幅に低減可能である一方，信号-雑音比が大幅に低下する欠点があった．本論文では，ボックスカー平均法に基づく間欠接触SNDMの理論を構築し，信号-雑音比を間欠接触のデューティー比の平方根の逆数倍まで改善できることを示した．また，同理論に基づいて検出系のパラメータを定量的に決定し，信号-雑音比を最大化できるようになった．(2) 時間分解SNDMおよび絶縁膜コート探針を併用することで，原子層材料・デバイスの局所容量電圧（CV）特性測定，局所DLTS（Deep level transient spectroscopy)を行えるようにした．絶縁膜コート探針で測定を乱す要因となる試料への電荷注入を抑制することで，原子層材料が持つ固有の半導体物性を反映する局所CV特性や欠陥密度分布像を得ることが可能になった．構築した測定系を用いて，異種原子層材料を積層させた原子層ヘテロ構造の局所CV特性測定が行えることを明らかにし，国際会議にて報告した．機械剥離および転写により，MoS2/h-BN積層構造をSiO2基板上に作製し，MoS2の局所CV特性を下地にh-BNがある部分とない部分で測り分けることに成功した．下地にh-BNがある方が印加電圧の掃引に対して急峻な静電容量変化を示した．これはh-BNによる界面品質の改善を示唆する結果である．

在这个主题中，我们正在对扫描非线性介电恒定显微镜（SNDM）进行研究，该显微镜（SNDM）可以评估纳米原子量表上原子层材料和设备的载体性能，界面性质，晶体缺陷等。研究结果如下：（1）我们已经根据盒子平均方法发表了有关间歇性接触SNDM的论文，适用于观察原子层半导体材料和设备。与使用接触模式原子力显微镜的常规SNDM相比，现有的间歇性接触SNDM可以显着降低与探针扫描相关的水平力，同时也具有显着降低信噪比的缺点。在本文中，我们基于Boxker均值方法构建了间歇性接触SNDM的理论，并表明信号噪声比可以改善与间歇接触的占空比的平方根的相互倍数。此外，基于相同的理论，定量确定检测系统的参数，从而使信号噪声比最大化。（2）通过使用时间分辨的SNDM并将膜涂层探针一起使用，可以测量原子层材料和设备的局部电容电压（CV）特性，并可以执行局部DLT（深层瞬态光谱法）。通过抑制电荷注入标本，这是使用绝缘膜涂层探针打扰测量的因素，可以获得可以获得局部CV特性和缺陷密度分布图像，以反映反映原子层材料的固有半导体特性。使用构造的测量系统，据揭示了可以测量异态原子层材料的原子层异质结构的局部简历特征，并在国际会议上进行了报告。通过机械剥离和转移，在SIO2底物上制造了MOS2/H-BN层压结构，MOS2的局部CV特性在基部下有和没有H-BN的零件之间成功测量。当施加的电压被清扫时，下面的H-BN显示出电容的急剧变化。这表明H-BN提高了接口质量。