原子間力顕微鏡による酸化膜/シリコン界面のトラップ電荷の高分解能観察に関する研究

原子力显微镜高分辨率观察氧化膜/硅界面俘获电荷的研究

基本信息

批准号：
13750034
负责人：
内橋貴之
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Himeji Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、超高真空で動作する非接触型原子間力顕微鏡を用いた新しい容量顕微鏡の開発とそれを用いた酸化膜/シリコン界面のトラップ電荷を高分解に観察することを目的としている。平成13年度は、接触型原子間力顕微鏡を周波数変調方式の非接触型原子間力顕微鏡測定が可能なように、カンチレバーを共振周波数で発振させるためのAGC回路と、周波数偏移検出のための周波L数復調回路を作製し、超高真空システムの立ち上げを行った。試料としてSi(111)7x7再構成表面を用いて開発した装置の評価を行った結果、原子分解能を有している事が確認できた。また、探針の清浄化条件及び測定パラメータ(カンチレバーの振動振幅、探針-試料間距離等)などの実験条件を最'適化することにより、安定な原子分解能測定が可能になった。これにより装置の分解能と安定性について目標を達成できた。本研究費で購入したRF帯周波数復調回路を用いた容量検出の予備実験を行った結果、帯域1kHzで1.6×10^<-20>F/√Hz、帯域1Hzで3×10^<-23>F/√Hzの検出感度を有していることが分かった。次に、大気中で動作する原子間力顕微鏡によりシリコンp-n接合を測定した結果、不純物濃度の分布が観察できることが確認できた。また、探針から酸化膜/シリコンへ注入されたトラップ電荷を観察することが出来、素電荷70個程度の注入電荷が観察出来ることが分かった。現在、容量センサーの超高真空装置への組み込みを行い、センサー加熱ガス出しが可能であること、超高真空環境で正常に動作することが確認できたところである。今後、Si(111)表面で高分解能な表面形状と容量の同時測定を推進していく。

本研究的目的是开发一种新型电容显微镜，使用在超高真空下运行的非接触式原子力显微镜，并用它来高分辨率观察氧化膜/硅界面处的俘获电荷。 2001财年，我们开发了用于以谐振频率振荡悬臂的AGC电路和用于频移检测的AGC电路，以实现调频非接触原子力显微镜测量我们创建了频率L数解调电路并开始使用。建立超高真空系统。使用Si(111)7x7重建表面作为样品对所开发的装置进行评估，结果证实其具有原子分辨率。此外，通过优化尖端清洁条件和测量参数（悬臂振动幅度、尖端-样品距离等）等实验条件，稳定的原子分辨率测量已成为可能。这使我们能够实现有关设备分辨率和稳定性的目标。使用本研究经费购买的RF频段频率解调电路进行电容检测的初步实验，结果在1kHz频段和3×10^<-23频段分别为1.6×10^<-20>F/√Hz结果发现，在1Hz频段，检测灵敏度>F/√Hz。接下来，使用在大气中操作的原子力显微镜测量硅p-n结，并且确认可以观察杂质浓度分布。还可以观察到从探针注入到氧化膜/硅中的俘获电荷，并且发现可以观察到大约70个基本电荷。我们目前正在将电容式传感器集成到超高真空装置中，并已证实该传感器可以用气体加热，并且可以在超高真空环境中正常工作。未来，我们将推动Si(111)表面高分辨率表面形貌和电容的同步测量。