Nanoelectrical webslider 2018.007v2

ナノエレクトリカルラボ

ピクセル毎に取得する
多次元ナノスケール情報

新しいナノエレクトリカルラボTMは、従来のコンタクトモードベースによる電気測定から、PeakForce TUNAやPeakForce KPFMといった、凹凸と相関する電気的および機械的データ取得のための革新的機能拡張です。現在DataCube※(データキューブ:三次元配列に格納されたデータのこと)モードでは、多次元DataCubeの取得を可能とすることで、これらの機能を更に拡張しています。これは材料科学者やエンジニアにとっての長年にわたる効率性と特性評価の障壁を打ち破ります。これらの新機能により、従来の単一測定では達成できなかった、高密度DataCubeでのナノスケール電気的特性および機械的特性の同時取得が可能となりました。

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NanoElectrical benefits table

ナノエレクトリカル評価のための完全なソリューション

NanoElectrical modes table


凹凸形状、機械的特性と相関する多次元電気分光法


DataCubeモードでは、FAST Force Volumeを利用し、ユーザーが定義する探針が試料表面に滞留する時間を使用し、各ピクセルにおいて力 - 距離スペクトルを取得します。高速データ取得レートを使用すると、探針滞留時間中に多数の電気測定が実行され、各ピクセルで電気的および機械的スペクトルが得られます。1ピクセル当たり100msの滞留時間を有する40Hzのランプ速度で測定される典型的な力 - 距離スペクトルは、単一の測定において完全な評価を可能とします。これは市販のAFMにおいては世界初の機能です。凹凸形状、機械特性、そして多次元的な電気的情報を同時に実現することはもはや夢物語ではありません。市販のAFMを用いる通常の測定においてこのようなデータ取得が可能となりました。 DataCubeモードでは、全ての走査で複合データを使用してナノメートルスケールで多次元DataCubeを提供します。この機能により一連の強力な新しいモードが可能になります。

2018.022 Characterization Principle NanoElectrical diagram copy

新機能DataCubeナノエレクトリカルモード

γ-Fe2O3で収集された電流像。各ピクセルにおいて2Vから+ 2Vまで連続して電圧をスイープします。グレイン毎に異なる伝導機構を有し、電圧をスイープすることにより、データを「スライス」として見ることが可能となります

DataCube-TUNA (DCUBE-TUNA)

コンダクティブAFMの結果は、サンプルに印加された電圧の影響を受けた材料またはデバイスの重要な性能遷移を示しています。DataCube-TUNAを使用すると、単一の測定で多数の印加電圧でナノメカニカル情報と電気伝導率を同時に取得することができ、サンプル情報の高密度DataCubeを構築できます。これは、導電型(オーミック、非オーミック、ショットキーなど)やバリアハイト等の詳細を含め、サンプルの導電性に関する完全なマッピングを提供する唯一の測定モードです。

 

 

 

DataCube-SCM (DCUBE-SCM)

走査型静電容量顕微鏡(SCM)は、ナノメートルスケールで活性キャリア濃度を直接測定する方法を提供します。 DataCube-SCMは、1回の測定で、幅広い印加電圧でナノメカニカルおよびキャリア情報を同時取得することができます。この技術は、dC / dV振幅およびdC / dV位相値の変化および接合位置のずれを観察する独特の解決法を提供します。得られたDataCubeを通して、酸化膜厚、酸化物の電荷、閾値電圧、揺動イオン由来のコンタミネーション、および界面トラップ密度に関する追加情報等が取得可能です。

Pnp transistors in SRAM memory

-2Vから2Vまで電圧をスイープしながらdC / dV振幅の切断面を観測すると、pnp接合プロファイルが電圧と共に変化することことがわかります。

データご提供:N. Chevalier & D. Mariolle at U Grenoble Alpes, CEA, LETI, France.

 

サンプルに印加する電圧を-2Vから+ 2VまでスイープしながらSRAMメモリ内の隣接するpnpトランジスタで収集されたdC / dV振幅画像を示します。電圧に依存するpn接合位置は、予想される挙動に対応する。いくつかのドーパント欠陥は、特定の電圧でしか観察されません。走査範囲:3x3 um。

データご提供:N. Chevalier & D. Mariolle at U Grenoble Alpes, CEA, LETI, France.

DataCube-PFM (DCUBE-PFM)

圧電応答(ピエゾフォース)顕微鏡(PFM)は、ナノメートルスケールでサンプルに逆圧電効果をマッピングする技術です。 DataCube -PFMを使用すると、DataCube内でのナノメカニカル情報とPFM振幅/位相スペクトルの同時取得が可能になり、単一データセット内の各ドメインのスイッチング電圧が明らかになります。さらに、DataCubeは、アーティファクト、サンプルダメージ、および従来のコンタクトモードアプローチに関連する複雑なデータ解析を克服します。

 

 

DCUBE PFM dataset

BFO強誘電体試料中の複数のドメインを横断する1.2μmの長い線に沿ったDataCube-PFM高さおよびPFM画像(左)およびスペクトルプロット(右)。プロットは、-6Vから0Vまでのランプ間におけるPFM振幅とPFM位相バイアスの両方を示します。個々のドメインごとにスイッチング電圧を抽出することが可能です。

DCUBE CR PFM

LiTaO3で収集されたDataCube-CR-PFMデータ。コンタクトレゾナンスにおけるPFM振幅、PFM位相およびコンタクトレゾナンスピークの数(材料が圧電応答を示さない場合はゼロ)を示す。 (PFM振幅およびPFM位相)対(周波数スペクトルおよび対応する力スペクトル)が数ピクセル分、示されている。

DataCube-CR-PFM (DCUBE-CR-PFM)

コンタクトレゾナンスと組み合わせたDataCube圧電応答(ピエゾフォース)顕微鏡は、DataCube-PFMの利点を提供し、コンタクトレゾナンス時にフルスペクトラムとピーク感度を提供、かつ全ピクセルで周波数ランプを提供という利点があります。

DCUBE SSRM battery new high res

 

 

DataCube-SSRM (DCUBE-SSRM)

走査型拡散抵抗顕微鏡(SSRM)は、ドープされた半導体における多数キャリア濃度の変動をマッピングするために使用されています。 DataCube-SSRMは、単一の測定でナノメカニカル情報と3Dキャリア密度マッピングの同時取得を可能にします。得られたデータキューブは、ナノスケールの凹凸形状、機械的情報および対数抵抗分光法を含む完全な特徴付けを提供します。加えて、I-V測定は、オーミック、非オーミック、ショットキー等の電気特性を明らかにします。

 

DataCube-SSRMにより取得されたLiバッテリ陰極の相関データです。帯電抵抗の低いカーボンブラック粒子と、帯電サイクル中の体積変化を媒介する柔らかい非導電性ポリマーに囲まれた、大きく硬い金属酸化物粒子の分布を明らかにしました。

 

 

 

DataCube-sMIM (DCUBE-sMIM)

Scanning Microwave Microscopy Imaging(sMIM)は、インピーダンスの容量性(C)および抵抗性(R)部分の像と、dC / dV、dR / dVデータをユーザー定義の印加電圧で提供します。DataCube-sMIMを使用すると、1回のスキャンで様々な印加電圧で同じ特性を得ることができ、一度に「完全な画像」を得ることができます。導電型(オーム性、非オーム性、ショットキー等)、酸化物の厚さ、酸化物の電荷、可動イオンからの汚染、および界面トラップの密度などの追加情報も明らかになります。

SMIM data

極性の異なるドーパントを有する2つのピクセルにおける、フォース(力)対時間、キャパシタンス(sMIM-C)対時間プロット。 100msの探針滞留時間に得られた典型的なS字型C-V曲線は、n型およびp型の両方が存在するように見える。この画像は、デュアル階段プロファイルのSiサンプル上のDataCube-3つの異なる印加電圧での「スライス」を示しています(サンプル詳細は論文に記載されています:DOI: 10.1016/j.microrel.2014.07.024, Infineon Munich)。異なる電圧においては、n型およびp型領域において、コントラストや感度が変化します。