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Die vorliegende Erfindung betrifft
Halbleiter-Verzugssensoren und ein entsprechendes Rastersondenmikroskop.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Rastersondenmikroskop, das
sich als Atomkraftmikroskop (inter-atomic force microscope AFM) des
Rastersondentyps eignet, einen Halbleiter-Verzugssensor zur Verwendung
darin und ein Herstellungsverfahren für denselben. Noch genauer ausgedrückt betrifft
die Erfindung einen Halbleiter-Verzugssensor, bei dem ein pn-Übergang
in einem flexiblen Abschnitt eines einseitig eingespannten Arms
ausgebildet ist, der aus einem Halbleitersubstrat besteht, um dadurch
den Betrag der Auslenkung des einseitig eingespannten Arms als Änderung
der Diodenkennlinie am pn-Übergangsabschnitt
zu erfassen, ein Herstellungsverfahren für denselben und ein Rastersondenmikroskop,
das diesen Halbleiter-Verzugssensor als einseitig eingespannten
Arm verwendet.
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Bei einem herkömmlichen Atomkraftmikroskop
(inter-atomic force microscope AFM) ist eine Sonde am freien Ende
des einseitig eingespannten Arms befestigt, mit der bisher der Betrag
der Auslenkung des frei tragenden Arms aufgrund der Auf- und Abbewegung
der Sonde entsprechend den Unregelmäßigkeiten der Probenoberfläche mittels
optischer Interferometrie, optischer Strahlenablenkungstechniken
etc. erfasst worden ist. Bei diesen optischen Detektionsverfahren
besteht jedoch das Problem, dass die jeweilige Konstruktion komplex
und außerdem die
entsprechende Einstellung schwierig ist. Andererseits wird seit
kurzem ein Sensor zur Ermittlung des Betrags der Auslenkung, der
Beschleunigung etc. in breitem Umfang als Halbleiter-Verzugssensor
eingesetzt, der sich durch eine kleine Größe und ein geringes Gewicht
sowie durch seine Fähigkeit,
den Betrag der Auslenkung als direkten Ausgang in Form eines elektrischen
Signals zu liefern, auszeichnet. Dieser Halbleiter-Verzugssensor wird
inzwischen auch in den einseitig eingespannten Arm des AFM eingebaut.
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Wie z. B. in 13 dargestellt besteht dieser Halbleiter-Verzugssensor
des Typs mit einseitig eingespanntem Arm aus einem einseitig eingespannten Armabschnitt
(Auslegerabschnitt) 1 mit einem freien Ende 1a,
das durch selektives Ätzen
eines Teils 2 des Halbleitersubstrats in die Form des Buchstabens "U" gebracht wurde, und einem Messabschnitt 3,
der in der Nähe
des feststehenden Endes und seiner Umgebung (dem Fuß) des einseitig
eingespannten Armabschnitts 1 ausgeformt wurde. Dieser
Messabschnitt 3 erkennt den durch Spannung verursachten Verzug
darin relativ zum Betrag der Auslenkung des freien Endes 1a und
erzeugt einen Ausgang, indem er diesen in ein elektrisches Signal
wandelt.
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Wie beispielsweise in der japanischen
Offenlegungsschrift Nr. 5-196458 (WO-A1-92-12398) beschrieben besteht
der Messabschnitt 3 im herkömmlichen Halbleiter-Verzugssensor
aus einem Piezowiderstand. Da sich der elektrische Widerstand des
Piezowiderstands bei Beaufschlagung mit einer Spannung ändert, ist
die Auslenkung bisher erfasst worden, indem die Änderung des Widerstandswertes des
Piezowiderstands mittels einer Widerstandsbrückenschaltung wie einer Wheatstone-Brückenschaltung
gemessen wurde.
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Soll wie oben erwähnt der Betrag der Auslenkung
des einseitig eingespannten Arms als der auf den Piezowiderstand
wirkende durch die Spannung verursachte Verzug erfasst werden, erfordert
die Ermittlung des Betrags der Auslenkung nicht nur die Verwendung
einer komplexen Widerstandsbrückenschaltung,
sondern bringt auch das Problem mit sich, dass die die Widerstandsbrückenschaltung
bildenden entsprechenden Widerstände
sehr genau eingestellt werden müssen,
da im Fall des Piezowiderstands die Änderungsrate des Widerstands,
mit anderen Worten, die Änderungsrate
der Spannung oder des Stroms, relativ zum Betrag der Auslenkung
und auch die Messempfindlichkeit gering ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist die Bereitstellung eines Halbleiter-Verzugssensors, der die
oben genannten Probleme im Stand der Technik löst und den Betrag der Auslenkung
des einseitig eingespannten Arms mittels einer einfachen Struktur als
große
Signaländerung
ausgibt, sowie eines Herstellungsverfahrens dafür und eines Rastersondenmikroskops,
bei dem dieser Halbleiter-Verzugssensor der einseitig eingespannte
Arm ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die obige Aufgabe wird von der vorliegenden Erfindung
entsprechend der Ansprüche
1, 7 und 10 gelöst.
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Wird das freie Ende des einseitig
eingespannten Arms ausgelenkt, tritt im pn-Übergangsabschnitt durch Spannung
verursachte Verzerrung auf, mit dem Ergebnis, dass sich die elektrische
Kennlinie (Diodenkennlinie) des pn-Übergangs stark ändert, und
wird diese Änderung
mittels einer geeigneten Detektorschaltung erfasst, ist es möglich, den
Betrag der Auslenkung des freien Endes zu messen.
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Der Halbleiter-Verzugssensor des
Typs mit einseitig eingespannten Arm, bei dem der pn-Übergang in der Zone ausgebildet
wird, in der der durch Spannung verursachte Verzug auftritt, kann
in einfacher Weise hergestellt werden.
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Da der Betrag der Auslenkung des
einseitig eingespannten Arms als Änderung der elektrischen Kennlinie
des pn-Übergangs
wiedergegeben werden kann, ist es möglich, die Oberflächenbeschaffenheit der
Probe mit hoher Empfindlichkeit zu ermitteln.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1A und 1B zeigen eine Draufsicht
und eine Schnitansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
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2A und 2B sind Graphen, die jeweils
die Diodenkennlinie des pn-Übergangs
darstellen.
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3 ist
ein Graph eines Vergleichs der I-V-Kennlinie des pn-Übergangs
mit der des Piezowiderstands.
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4 ist
ein Graph eines Vergleichs zwischen der Kennlinie des pn-Übergangs bei I-bezogenem Verzug
und der des Piezowiderstands.
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5 ist
ein Graph eines Vergleichs zwischen der Kennlinie des pn-Übergangs bei V-bezogenem Verzug
und der des Piezowiderstands.
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6A bis 6F sind Schnittansichten
zur Darstellung eines Fertigungsprozesses für die Herstellung eines in 1 dargestellten einseitig
eingespannten Arms.
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7A und 7B zeigen eine Draufsicht
und eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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8 zeigt
eine Draufsicht und eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform
der Erfindung.
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9 zeigt
eine Draufsicht und eine Schnittansicht einer vierten Ausführungsform
der Erfindung.
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10 zeigt
eine Draufsicht und eine Schnittansicht einer fünften Ausführungsform der Erfindung.
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11 zeigt
eine Draufsicht und eine Schnittansicht einer sechsten Ausführungsform
der Erfindung.
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12 zeigt
eine Draufsicht und eine Schnittansicht einer siebten Ausführungsform
der Erfindung.
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13 ist
eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Halbleiter-Verzugssensors.
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14 ist
eine Ansicht des Zustands einer Verarmungsschicht, die im pn-Übergangsabschnitt hergestellt
wird.
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15A–15C zeigen eine Draufsicht
und Schnittansichten einer achten Ausführungsform der Erfindung.
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16A–16G zeigen eine Draufsicht
und Schnittansichten einer neunten Ausführungsform der Erfindung.
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17A–17C zeigen eine Draufsicht
und Schnittansichten einer zehnten Ausführungsform der Erfindung; und
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18 ist
ein Blockschaltbild des Hauptteils eines Rastersondenmikroskops,
auf das die vorliegende Erfindung angewendet wird.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wird nunmehr
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1A ist eine Draufsicht, die einen Halbleiter-Verzugssensors
des Typs mit einseitig eingespanntem Arm gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt, und 1B ist
eine Schnittansicht entlang der Linie A–B in 1A.
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Ein einseitig eingespannter Arm 10 der
vorliegenden Erfindung besteht aus einem U-förmigen Armabschnitt 10a und
einem Halterungsabschnitt 10b, wobei der Armabschnitt 10a an
seinem vorderen (freien) Ende 10c mit einer Sonde (nicht
dargestellt) zur Verwendung in einem AFM bestückt ist. Bei dieser Ausführungsform
besteht der einseitig eingespannte Arm 10 aus einem Substrat 31 des
N-Typs und eine (P–)-Diffusionszone 32 ist
in der Oberfläche eines
nach innen gerichteten Abschnitts des U-förmigen Abschnitts ausgebildet.
Da ein pn-Übergang 50 an
der Grenze zwischen der (P–)-Diffusionszone 32 und
dem Substrat 31 des N-Typs ausgebildet ist, führt dies
bei dieser Ausführungsform
dazu, dass der pn-Übergang 50 die
Form des Buchstaben U entlang dem U-förmigen Armabschnitt 10a erhält. Im Halterungsabschnitt 10b sind
(N+)-Kontaktzonen 21 in einer Substratrone des N-Typs ausgeformt
und (P+)-Kontaktzonen 22 sind in der (P–)-Diffusionszone 32 ausgeformt.
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Wird bei dieser Konstruktion die
Sonde von der Probenoberfläche
abgetastet, tritt im pn-Übergang 50 im
Armabschnitt 10a ein durch Spannung verursachter Verzug
auf, bei dem sich die Diodenkennlinie ändert, da der Armabschnitt 10a des
einseitig eingespannten Arms 10 um den Halterungsabschnitt 10b entsprechend
der Oberflächenbeschaffenheit
der Probe ausgelenkt wird.
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2A und 2B sind Graphen, die die
Zustände
zeigen, bei denen sich die Diodenkennlinie aufgrund des durch Spannung
verursachten Verzugs ändert. 2A zeigt die Diodenkennlinie,
die sich bei Vorwärtsspannung
ergibt, und 2B bei Sperrspannung.
Aus diesen grafischen Darstellungen ist ersichtlich, dass dann,
wenn der Verzug im pn-Übergang
während
der Vorwärtsspannung
auftritt, die den Fluss des Vorwärtsstroms
bewirkende angelegte Spannung niedrig wird mit dem Ergebnis, dass
das Verhältnis
des Vorwärtsstroms
IO zur angelegten Spannung groß wird.
Auch dann, wenn der Verzug während
der Sperrspannung auftritt, wird die Durchbruchspannung niedrig
mit dem Ergebnis, dass der Leckstrom zunimmt.
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3, 4 und 5 sind ebenfalls grafische Diagramme,
die die I-V-Kennlinie, die Kennlinie des I-bezogenen Verzugs und
die Kennlinie des V-bezogenen Verzugs des pn-Übergangs im Vergleich zu denen
des Piezowiderstands zeigen. Die Änderungsrate des Stroms I und
der Spannung V relativ zu Betrag des Verzugs ist im Fall des pn-Übergangs
höher als im
Fall des piezoelektrischen Elements. Die Änderungsrate des Stroms I relativ
zur Spannung V ist ebenfalls im Fall des pn-Übergangs höher als im Fall des piezoelektrischen
Elements. Ist also wie bei dieser Ausführungsform der pn-Übergang
im Auslenkungsabschnitt des einseitig eingespannten Arms 10 ausgebildet,
um so eine Änderung
der Diodenkennlinie des pn-Übergangs
zu erfassen, wird die Detektionsempfindlichkeit bezüglich des
Betrags des Verzugs erhöht,
wodurch es möglich
wird, den Betrag der Auslenkung des einseitig eingespannten Arms 10 genau
zu messen, ohne eine Präzisionsschaltung wie
eine Wheatstone-Brückenschaltung
zu verwenden.
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6A bis 6F zeigen Ansichten eines
Fertigungsprozesses zur Herstellung des Halbleiter-Verzugssensors des
Typs mit einseitig eingespanntem Arm mit einer in Zusammenhang mit 1 erläuterten Struktur, insbesondere
der Struktur im Schnitt entlang der Linie C–D in 1.
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Zunächst wird das Halbleitersubstrat 31 des N-Typs
zur Konfiguration des einseitig eingespannten Arms von 1 geätzt und die gesamte Zone der einen
Oberfläche
desselben wird mit einem Fotoresist 81 beschichtet. Anschließend wird
unter Anwendung einer bekannten Fotoresist-Technik nur der Resist-Abschnitt,
der der (P–)-Zone 32 von 1 entspricht, selektiv entfernt,
um dadurch eine Maske zu bilden. Danach wird eine P-Dotierung von
der Oberfläche
der resultierenden Struktur aus ionenimplantiert [6A]. Im Weiteren erfolgt eine thermische Diffusion,
um dadurch die (P–)-Zone 32 zu
bilden [6B].
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Anschließend wird die gesamte Oberfläche der
resultierenden Struktur mit einem Fotoresist 82 beschichtet
und dann der der Kontaktzone 22 entsprechende Abschnitt
geöffnet.
Danach wird eine Dotierung des P-Typs ionenimplantiert [6C] und dadurch diffundiert,
um so die (P+)-Kontaktzone 22 zu bilden [6D].
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Anschließend wird die gesamte Oberfläche der
resultierenden Struktur erneut mit einem Fotoresist 83 beschichtet
und dann der der Kontaktzone 21 entsprechende Abschnitt
geöffnet.
Auf die gleiche Weise wie oben erwähnt wird eine Dotierung des N-Typs
(z. B. Bor) ionenimplantiert [6E],
um so die (N+)-Kontaktzone 21 zu bilden. Schließlich wird ein Passivierungsfilm
(nicht dargestellt) über
der gesamten Oberfläche
der resultierenden Struktur aufgebracht, wonach die entsprechenden
Kontaktzonen 21 und 22 freigelegt und dann Aluminiumelektroden (nicht
dargestellt) angeschlossen werden [6F].
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7A zeigt
eine Draufsicht eines einseitig eingespannten Arms gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung; 7B ist
eine Schnittansicht entlang der Linie A–B in 7A, in der gleiche Bezugszeichen wie
oben gleiche oder entsprechende Abschnitte kennzeichnen. Diese Ausführungsform zeichnet
sich dadurch aus, dass die (P–)-Zone 32 im Wesentlichen über die
gesamte Oberfläche
des einseitig eingespannten Arms 10 ausgebildet ist.
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Da der pn-Übergang 50 in der
oben beschriebenen ersten Ausführungsform
nur in einem Teil der Oberfläche
des einseitig eingespannten Arms 10 ausgebildet ist, ist
die Fläche
des pn-Übergangs
relativ klein. Aus diesem Grund kann zwar der Leckstrom verringert
werden, jedoch ergeben sich Schwierigkeiten, eine hohe Empfindlichkeit
zu erzielen. Da jedoch bei dieser zweiten Ausführungsform der pn-Übergang 50 über der
gesamten Oberfläche des
einseitig eingespannten Arms 10 ausgebildet ist, steigt
zwar der Leckstrom im Vergleich zur ersten Ausführungsform etwas an, aber es
ergibt sich der Vorteil einer hohen Empfindlichkeit.
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8 zeigt
eine Draufsicht einer dritten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Es ist zu beachten, dass die gleichen Bezugszeichen wie oben
gleiche oder entsprechende Abschnitte kennzeichnen. Diese Ausführungsform
hat das Merkmal, dass die (P–)-Zone 32 die
Form eines Streifens im mittleren Teil des einseitig eingespannten
Arms 10 hat, so dass der pn-Übergang an der Endfläche des einseitig
eingespannten Arms 10 nicht freiliegt. Da gemäß dieser
Ausführungsform
der pn-Übergang
an der Stirnseite des einseitig eingespannten Arms 10 nicht
freiliegt und der Leckstrom im Allgemeinen in der Nähe der Endfläche des
pn-Übergangs
entsteht, wird eine hohe Empfindlichkeit erzielt, während der Leckstrom
unterdrückt
wird, wohingegen der Herstellungsprozess etwas komplexer wird.
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9 zeigt
eine Draufsicht einer vierten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Bei einer Auslenkung des einseitig eingespannten Arms 10 unterliegt
der U-förmige
Teil in seiner Gesamtheit keinem Verzug, und der Betrag des Verzugs
ist im Grenzabschnitt zwischen dem Armabschnitt 10a und dem
Halterungsabschnitt 10b, d. h. am Fuß des einseitig eingespannten
Arms 10 am größten, und
an anderen Abschnitten als diesem Grenzabschnitt ist der Betrag
des Verzugs klein.
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Diese Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet,
dass die (P–)-Zone 32 wie
dargestellt nur im oben genannten Fußabschnitt ausgebildet ist,
wo der Betrag des Verzugs am größten wird,
wenn der einseitig eingespannte Arm 10 ausgelenkt worden ist.
Da gemäß dieser
Ausführungsform
kein pn-Übergang
in den Abschnitten ausgeformt ist, die nicht an der Erfassung des
Betrags des Verzugs beteiligt sind, wird eine hohe Empfindlichkeit
erzielt und der Leckstrom unterdrückt.
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10 zeigt
eine Draufsicht einer fünften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet,
dass wie im Fall der vierten Ausführungsform die (P–)-Diffusionszone 32 nur
am Fußabschnitt
des einseitig eingespannten Arms 10 und zur Verringerung
des Leckstroms in Form eines Streifens im mittleren Teil des einseitig
eingespannten Arms 10 ausgebildet ist.
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11 und 12 zeigen Draufsichten der sechsten
und siebten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Sowohl die sechste als auch die siebte
Ausführungsform
ist dadurch gekennzeichnet, dass die (P–)-Diffusionszone 32 entsprechend
der vierten und fünften
Ausführungsform
nur in einer Seite des Fußabschnitts
ausgebildet ist. Obwohl bei diesen Ausführungsformen die Detektionsempfindlichkeit
etwas niedriger wird, kann der Leckstrom deutlich verringert werden.
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Obwohl für jede der obigen Ausführungsformen
beschrieben worden ist, dass der pn-Übergang durch Ausbilden der
(P–)-Diffusionszone 32 im
Substrat 31 des N-Typs erhalten wird, kann er übrigens auch
in entgegengesetzter Weise erhalten werden, indem eine (N–)-Zone
in einem Substrat des P-Typs ausgebildet wird.
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Bei jeder der obigen Ausführungsformen,
die in Zusammenhang mit 8, 10 und 12 beschrieben worden sind, bei denen
die (P–)-Diffusionszone 32 zum
Ende des einseitig eingespannten Arms 10 beabstandet ausgebildet
wird, damit der pn-Übergang nicht
an der Endfläche
des einseitig eingespannten Arms 10 freiliegt wie in 14 dargestellt, wird eine Sperrspannung
an den pn-Übergang
angelegt, um eine Verarmungsschicht 50 zu erzeugen, wodurch sich
das potentielle neue Problem ergibt, dass die Messempfindlichkeit
zu stark abnimmt. Unter diesem Gesichtspunkt ist bei jeder der nachstehend
erläuterten
Ausführungsformen
dafür gesorgt
worden, dass die Ausbreitung dieser Verarmungsschicht verhindert und
damit ein Anstieg des Leckstroms vermieden wird.
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15A bis 15C zeigen eine Draufsicht
einer achten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und eine Schnittansicht derselben entlang
der Linie A–B,
die insbesondere in vergrößertem Maßstab einen
Ausleger und dessen Umgebung darstellen, die entsprechend der Auslenkung
des freien Endes ausgelenkt werden. Diese Ausführungsform hat wie in 15A dargestellt das Merkmal,
dass die (P–)-Zone 32 in
Form eines Streifens im mittleren Teil des Auslegerabschnitts des
einseitig eingespannten Arms 10 ausgebildet ist, um zu
verhindern, dass der pn-Übergang
an der Endfläche
des einseitig eingespannten Arms 10 freiliegt, und dass
eine (N+)-Schutrschicht 61 als Sperre für die Ausbreitung der Verarmungsschicht
auf jedem der Abschnitte des Substrats 31 des N-Typs vorgesehen
ist, die zwischen dem Endabschnitt des einseitig eingespannten Arms 10 und
der (P–)-Zone 32 freiliegen.
Es ist zu beachten, dass Kontaktelektroden 32c und 61c auf der
(P–)-Zone 32 bzw.
auf der (N+)-Schutzschicht 61 ausgeformt
sind.
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Gemäß dieser Konstruktion wird
selbst dann, wenn die Sperrspannung zwischen der (P–)-Zone 32 und
dem Substrat 31 des N-Typs angelegt wird, wodurch eine
Verarmungsschicht am pn-Übergangsabschnitt
gebildet wird, die seitliche Ausbreitung derselben durch die (N+)-Schutzschicht 61 gestoppt.
Damit wird verhindert, dass die Verarmungsschicht das Ende des einseitig
eingespannten Arms 10 erreicht. Demzufolge kann ein Anstieg
des Leckstroms unterdrückt
und dadurch die Messempfindlichkeit hoch gehalten werden. Es ist
zu beachten, dass die (N+)-Schutzschicht 61 nur auf der
Oberfläche
des Substrats 31 des N-Typs
ausgeformt werden kann wie in 15B dargestellt
oder durchgängig
auf dem Substrat; so dass sie die (P–)-Zone 32 umgibt
wie in 15C dargestellt.
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16A bis 16C zeigen eine Draufsicht
einer neunten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und eine Schnittansicht derselben entlang der
Linie A–B,
wobei die gleichen Bezugszeichen wie oben gleiche oder entsprechende
Abschnitte kennzeichnen. Diese Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet,
dass wie in 16A dargestellt
die (P–)-Zone 32 in
Form eines Streifens im mittleren Teil des Auslegerabschnitts des
einseitig eingespannten Arms 10 ausgebildet ist, um so
zu verhindern, dass der pn-Übergang
an der Endfläche
des einseitig eingespannten Arms 10 freiliegt, und dass
eine (N+)-Schutrschicht 62 so aufge- bracht ist, dass sie die
(P–)-Zone 32 umschließt. Auf
den Oberflächen der
(P–)-Zone 32 und
der (N+)-Schutrschicht 62 sind Kontaktelektroden 32c bzw. 62c ausgeformt.
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Da auch bei dieser Ausführungsform
die seitliche Ausbreitung der Verarmungsschicht durch die Schutzschicht 62 gestoppt
wird und sie deshalb nicht den Endabschnitt des einseitig eingespannten
Arms 10 erreicht, kann der Anstieg des Leckstroms unterdrückt werden,
um dadurch die Messempfindlichkeit hoch zu halten. Es ist zu beachten,
dass die (N+)-Schutrschicht 62 nur auf der Oberfläche des Substrats 31 des
N-Typs ausgeformt werden kann wie in 16B dargestellt
oder durchgängig
auf dem Substrat, so dass sie die (P–)-Zone 32 umgibt
wie in 16C dargestellt.
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17A bis 17C zeigen eine Draufsicht
einer zehnten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und eine Schnittansicht derselben entlang
der Linie A–B,
wobei die gleichen Bezugszeichen wie oben gleiche oder entsprechende
Abschnitte kennzeichnen. Diese Ausführungsform hat das Merkmal, dass
wie in 17A gezeigt die
(P–)-Zone 32 in Form
eines Streifens im mittleren Teil sowohl des linken als auch des
rechten Auslegerabschnitts des einseitig eingespannten Arms 10 vorgesehen
ist, um zu verhindern, dass der pn-Übergang an der Endfläche des
einseitig eingespannten Arms 10 freiliegt, und dass eine
(N+)-Schutrschicht 63 so vorgesehen ist, dass sie die (P–)-Zone
an drei Seiten umgibt. Auf den Oberflächen der (P–)-Zone 32 und der
(N+)-Schutzschicht 63 sind Kontaktelektroden 32c bzw. 63c ausgeformt.
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Da auch bei dieser Ausführungsform
die seitliche Ausbreitung der Verarmungsschicht durch die Schutzschicht 63 gestoppt
wird, so dass sie das Ende des einseitig eingespannten Arms 10 nicht
erreicht, kann ein Anstieg des Leckstroms verhindert und dadurch
die Messempfindlichkeit hoch gehalten werden. Es ist zu beachten,
dass die (N+)-Schutrschicht 63 nur auf der Oberfläche des Substrats 31 des
N-Typs aufgebracht werden kann wie in 17B dargestellt
oder durchgängig
auf dem Substrat, so dass die (P–)-Zone 32 wie in 17C dargestellt umhüllt oder
umgeben wird.
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18 ist
ein Blockschaltbild, das den Aufbau eines Rastersondenmikroskops
zeigt, auf das die vorliegenden Endung angewendet wird. Auf einen
dreidimensionalen Probentisch 55 wird eine Probe 52 gelegt,
oberhalb der eine Sonde 31b des oben beschriebenen einseitig
eingespannten Arms 10 so angeordnet wird, dass sie der
Probe gegenüberliegt. Die
Diodenkennlinie des im einseitig eingespannten Arm 10 ausgebildeten
pn-Übergangs
wird von einem Messabschnitt 71 gemessen und dieses Messsignal wird
als Signal S1 des Betrags der Auslenkung in einen nicht invertierenden
Eingangsanschluss (+) eines Komparators 75 eingegeben.
In einen invertierenden Eingangsanschluss (–) des Komparators 75 wird
ein Standardwert bezüglich
des Betrags der Auslenkung des einseitig eingespannten Arms 10 von
einem Standardwertgenerator 79 eingegeben, so dass beispielsweise
dann, wenn der Betrag der Auslenkung null ist, der Ausgang des Differentialverstärkers 75 null
sein kann. Ein vom Komparator 75 ausgegebene Fehlersignal
S2 wird in einen Steuerungsabschnitt 76 eingegeben. Der
Steuerungsabschnitt 76 steuert einen Aktuatortreiberverstärker 70, so
dass sich das Fehlersignal null nähern kann. Außerdem wird
das Ausgangssignal von Steuerungsabschnitt 76 als Helligkeitssignal
an einen CRT (cathode ray tube – Bildschirm)
geliefert. Ein Abtastsignalgeneratorabschnitt 78 liefert
dem Aktuatortreiberverstärker 70 ein
Feinverstellungssignal zur Feinverstellung der Probe 52 in
X- und Y-Richtung sowie dem Bildschirm ein Rasterabtastsignal.
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Wie oben erläutert wurde, können die
nachstehenden beschriebenen Wirkungen gemäß der vorliegenden Erfindung
erzielt werden.
- (1) Da der pn-Übergang
mit veränderlichen
elektrische Eigenschaften bei hoher Empfindlichkeit entsprechend
dem Betrag des Verzugs im einseitig eingespannten Arm vorgesehen
ist, um dadurch die Erfassung des Betrags der Auslenkung als Änderung
der elektrischen Kennlinie des pn-Übergangs zu ermöglichen,
wird die Empfindlichkeit bezüglich
des Betrags der Auslenkung des einseitig eingespannten Arms nicht
nur verbessert, sondern es ist auch möglich, die Konstruktion einer
mit der nachfolgenden Stufe verbundenen Detektorschaltung zu vereinfachen.
- (2) Da die Schutzschicht zwischen dem pn-Übergang und dem Endabschnitt
des einseitig eingespannten Arms vorgesehen wird, um die im pn-Übergangsabschnitt
erzeugte Verarmungsschicht daran zu hindern, den Endabschnitt des einseitig
eingespannten Arms zu erreichen, kann ein Anstieg des Leckstroms
verhindert und damit die Messempfindlichkeit hoch gehalten werden.
- (3) Wird der Halbleiter-Verzugssensor der vorliegenden Erfindung
als einseitig eingespannter Arm eines Rastersondenmikroskops verwendet,
kann die Obertlächenbeschaffenheit
der Probe, die als Betrag der Auslenkung des einseitig eingespannten
Arms erfasst wird, anhand der Änderung
der elektrischen Kennlinie des pn-Übergangs mit hoher Empfindlichkeit
ermittelt werden.