JPH06291171A - 界面特性測定装置 - Google Patents

界面特性測定装置

Info

Publication number
JPH06291171A
JPH06291171A JP10016793A JP10016793A JPH06291171A JP H06291171 A JPH06291171 A JP H06291171A JP 10016793 A JP10016793 A JP 10016793A JP 10016793 A JP10016793 A JP 10016793A JP H06291171 A JPH06291171 A JP H06291171A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
interface
electrode
sample
current
measured
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10016793A
Other languages
English (en)
Inventor
Masabumi Tanimoto
正文 谷本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP10016793A priority Critical patent/JPH06291171A/ja
Publication of JPH06291171A publication Critical patent/JPH06291171A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被測定試料の界面の電気抵抗値に依存せずに
界面特性を安定に測定する界面測定装置を提供する。 【構成】 第1,第2の電極21,22を有する被測定
試料2の第1の電極21、走査型トンネル顕微鏡の探針
1との間に、トンネル電圧電源7により電圧を印加し、
トンネル電流が流れる距離に探針1を配置する。さら
に、第1の電極21に接続されトンネル電流を検出する
STM電流増幅器5を、第2の電極22から出力される
電流をBEEM電流増幅器6で検出する間、切り替え器
4により被測定試料2から電気的に切り離す。これによ
り電気抵抗値が小さい被測定試料2でも、界面での電気
的特性の分布を安定に原子スケールで測定することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、金属−半導体界面、半
導体−半導体界面等の異種界面の電気的特性を測定する
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】異種界面の電気的特性測定は、特性が良
好で、かつ、信頼性の高い半導体素子を設計・製造する
上で極めて重要となるものである。そして、このような
異種界面の電気的特性測定法としては、従来、例えば界
面を含む試料を用いて、界面に流れる電流の印加電圧依
存性を測定する方法、あるいは、異種界面により形成さ
れる容量の印加電圧依存性を測定する方法が知られてい
た。しかし、これらの技術では界面全体の平均的な情報
しか得られなかった。これに対して、近年 Phys.Rev. L
ett. vol.60, p.1406, 1988に述べられている弾道電子
放射顕微鏡(BEEM)が開発され、ナノメータ・レベ
ルの分解能で界面特性を解析することができるようにな
ってきている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述したBEEM法で
は、1pA程度の微小な電流(BEEM電流)を検出す
る必要があり、オペアンプを用いた高感度なBEEM電
流検出回路が用いられている。しかしながら、被測定試
料の界面の電気抵抗値がBEEM電流検出回路の入出力
抵抗値より小さい場合には、BEEM電流検出回路特性
が、被測定試料の界面の電気抵抗値に依存してくるため
入力ノイズレベルが大きくなり、正常な回路動作ができ
なくなってしまう。
【0004】被測定試料の界面の電気抵抗値は、材料や
電極面積により異なる。例えば、金属−半導体界面で
は、金属−半導体間の仕事関数差と電極面積で電気抵抗
値が決定される。金−ガリウムひ素界面の電気抵抗値
は、電極面積を1mm2 と小さくすれば1MΩ程度となっ
て十分大きい。
【0005】しかし、このように小さい電極面積を実現
するためには、電極金属である金をホトリソグラフィー
技術によりパタン加工する必要がある。そのために半導
体基板上に金を成長させた後で、成長装置から試料を取
り出す必要がある。このため、金表面に各種原子・分子
が吸着し、試料表面が理想的な金表面と異なり、また、
試料表面状態が不均一になってしまう。この場合、BE
EM測定で用いられている走査型トンネル顕微鏡の探針
と、試料間距離が表面状態により変化し、このため測定
されるBEEM電流が界面特性だけでなく、試料表面の
状態に依存してしまうため、界面特性が評価できない。
そこで、理想的な界面特性を測定するためには、高真空
中で金を半導体基板上に成長させ、そのままの状態で高
真空中でBEEM測定を行う必要がある。ところがこの
場合には、半導体基板の大きさは少なくとも1cm2 以上
あるので、被測定試料の界面の電気抵抗値は10KΩ以
下となってしまう。一般に用いられているオペアンプを
用いた電流検出回路の入力抵抗の値は数KΩであるの
で、被測定試料の界面の電気抵抗値は10KΩ以下とな
ってしまう。被測定試料の界面の電気抵抗値はこの値と
ほぼ同じ値となってしまう。このため、探針−試料間に
流れるトンネル電流を検出し、探針−試料間距離を決定
するために用いられ、試料表面の金電極に接続されてい
るSTM(走査型トンネル顕微鏡)電流増幅器と、BE
EM電流増幅器が被測定試料の界面の電気抵抗値が小さ
いため互いに電気的に独立でなくなり、STM電流増幅
器と、BEEM電流増幅器側に現れてしまう。STM電
流増幅器では、BEEM電流に比べて3桁程度大きい1
nA程度の信号を検出しており、回路のノイズレベルは数
100 pA程度と大きい。このようにして、被測定試料の界
面の電気抵抗値が小さくなると、この影響がBEEM電
流検出器側へ伝わってしまい、BEEM電流検出回路が
正常に動作せず、界面特性測定ができない。
【0006】一方、異種材料、例えば半導体−半導体界
面から構成されている共鳴トンネル・ダイオードの界面
特性をBEEM法を用いて測定する場合、そのダイオー
ドの電極面積が20×20μm2と小さくても、界面の電気抵
抗値は数KΩ程度であるため、BEEM電流検出回路が
正常に動作せずBEEM測定ができない。また、金−半
導体界面の場合に述べたと同様に、理想的な界面特性を
測定するためには、高真空中で異種半導体を半導体基板
上に層状に成長させ、そのままの状態で高真空中でBE
EM測定を行う必要がある。この場合、半導体基板の大
きさは少なくとも1cm2 以上あるので、被測定試料の界
面の電気抵抗値は数mΩ以下になってしまい、被測定試
料の界面の電気抵抗値がBEEM電流検出回路の入力抵
抗値よりも小さくなる。このため上述したように、BE
EM電流検出回路が正常に動作せずBEEM測定ができ
ない。
【0007】以上述べたように、従来のBEEM法では
被測定試料の界面の電気抵抗値が小さい場合には、界面
特性をBEEM測定により行うことが極めて難しく、こ
れにより、信頼性の高い半導体素子を設計・製造する妨
げとなっていた。
【0008】本発明は、上述の問題点を解決するために
なされたもので、被測定試料の界面の電気抵抗値が小さ
い場合でも、正確な界面特性を得ることができる界面特
性測定装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明に係る界面特性測
定装置は、第1、第2の電極を有する被測定試料の前記
第1の電極との間にトンネル電流が流れる距離に配置さ
れる探針と、前記第1の電極と探針との間に電圧を印加
するトンネル電圧電源と、前記第1の電極から出力され
るトンネル電流を検出するSTM電流増幅器と、前記第
2の電極から出力される電流を検出するBEEM電流増
幅器と、前記第2の電極から出力される電流を測定する
間、前記STM電流増幅器を前記第1の電極から電気的
に切り離す切り離し手段とを具備したものである。
【0010】
【作用】本発明によれば、BEEM電流測定中にSTM
電流増幅器を測定系から切り離すことにより、被測定試
料の界面の電気抵抗値の大きさに関わらず、BEEM電
流増幅器から見た被測定試料の電気抵抗値を、トンネル
電流とトンネル電圧で決まるトンネル抵抗値(1GΩ程
度)とすることができる。そこで、BEEM電流測定時
に、被測定試料の界面の電気抵抗値をBEEM電流増幅
器の入力抵抗値よりも大きくすることができるため、低
抵抗な界面を持つ被測定試料についても界面特性を安定
に測定することができる。
【0011】
【実施例】以下、金属−半導体界面の場合について、本
発明の一実施例を図面を用いて具体的に説明する。図1
において、1は走査型トンネル顕微鏡の探針で、例えば
タングステン,白金等からなる。2は被測定試料で、半
導体3、第1の電極21および第2の電極22からな
る。半導体3がGaAsの場合、第1の電極21はAu
等が用いられ、第2電極22はAuGe等が用いられ
る。そして、第1の電極21の金属は電子が散乱を受け
ない膜厚、例えば100A(オングストローム)以下と
する。また、第1の電極21はショトキー電極で、半導
体との間で評価の対象となる金属−半導体界面が形成さ
れている。第2の電極22はオーミック電極である。4
は切り換え器、5はSTM電流増幅器で、オペアンプ5
1,入力抵抗52,帰還抵抗53,容量54から構成さ
れている。6はBEEM電流増幅器で、オペアンプ6
1,入力抵抗62,帰還抵抗63,容量64から構成さ
れている。7はトンネル電圧電源である。
【0012】図2は本発明の他の実施例を示すもので、
図1が切り離し手段として切り換え器4を用いているの
に対し、切り換え制御器8を用いている。他の構成要素
は第1図の場合と同様である。ただし、図2の実施例で
は、STM電流増幅器5とBEEM電流増幅器6はブロ
ックで示した。
【0013】次に、図1の実施例の動作について説明す
る。被測定試料2の第1の電極21と、走査型トンネル
顕微鏡の探針1の間にトンネル電圧電源7により電圧を
印加し、STM電流増幅器5によりトンネル電流を検出
し、トンネル電流が流れる距離、例えば5〜10A(オ
ングストローム)に探針1を配置する。さらに、切り換
え器4によりSTM電流増幅器15を被測定試料2から
電気的に切り離し、このとき、第2の電極22から出力
される電流(以下ではBEEM電流と呼ぶ)をBEEM
電流増幅器6により検出する。
【0014】一般に、電流増幅器の入力抵抗値は数KΩ
であり、オペアンプの入力端子の電位は回路的に零電位
となるように設計されている。上述したように、被測定
試料2の界面の電気抵抗値がBEEM電流増幅器6の入
力抵抗値より小さい場合には、STM電流増幅器5の影
響がBEEM電流増幅器6に現れてきてしまい、正常な
回路動作をすることができない。そこで、図1の実施例
では、BEEM電流増幅測定期間で切り換え器4を用い
て、STM電流増幅器5を被測定試料2から電気的に切
り離すことにより、BEEM電流増幅器6に接続されて
いる被測定試料2の見かけ上の電気抵抗値、すなわちB
EEM電流増幅器6から見た電気抵抗値がトンネル抵抗
の値となるので、BEEM電流増幅器6の入力抵抗より
大きくなり、BEEM電流測定を可能としている。
【0015】さらに、図2に示す実施例では、切り換え
制御器8を用いてSTM電流増幅器5に供給される電源
経路を断ち、これにより回路動作を行えなくすることに
より被測定試料2からSTM電流増幅器5を切り離し、
STM電流増幅器5側の影響を除いている。
【0016】以上の実施例では、被測定試料2として金
属−半導体界面を例に挙げて説明したが、図3(a)の
ように半導体3a−半導体3b界面の特性測定に適用可
能であることは明らかである。さらに、図3(b)のよ
うに金属3c−絶縁物3d−金属3e界面、あるいは、
図3(c)のように半導体3a−絶縁物3d−半導体3
b界面等の単一の接合でなく、層状に形成されている複
数の接合を有する被測定試料2の場合にも、適用可能で
あることは明らかである。なお、図3(a),(b),
(c)の第1,第2の電極21,22はいずれもオーミ
ック電極である。
【0017】
【発明の効果】本発明は、以上説明したことから明らか
なように、第1、第2の電極を有する被測定試料の前記
第1の電極との間にトンネル電流が流れる距離に配置さ
れる探針と、前記第1の電極と探針との間に電圧を印加
するトンネル電圧電源と、前記第1の電極から出力され
るトンネル電流を検出するSTM電流増幅器と、前記第
2の電極から出力される電流を検出するBEEM電流増
幅器と、前記第2の電極から出力される電流を測定する
間、前記STM電流増幅器を前記第1の電極から電気的
に切り離す切り離し手段とを具備したので、界面の電気
抵抗値が小さい被測定試料の異種界面での電気特性、例
えば仕事関数差の分布を原子スケールで測定できる利点
を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の界面特性測定装置の一実施例の概要構
成を示すブロック図である。
【図2】本発明の界面特性測定装置の他の実施例の概要
構成を示すブロック図である。
【図3】本発明で用いる被測定試料の他の例を示す図で
ある。
【符号の説明】
1 走査型トンネル顕微鏡の探針 2 被測定試料 3 半導体 4 切り換え器 5 STM電流増幅器 6 BEEM電流増幅器 7 トンネル電圧電源 8 切り換え制御器 21 測定試料の第1の電極 22 測定試料の第2の電極 51 オペアンプ 52 入力抵抗 53 帰還抵抗 54 容量 61 オペアンプ 62 入力抵抗 63 帰還抵抗 64 容量

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1、第2の電極を有する被測定試料の
    前記第1の電極との間にトンネル電流が流れる距離に配
    置される探針と、前記第1の電極と探針との間に電圧を
    印加するトンネル電圧電源と、前記第1の電極から出力
    されるトンネル電流を検出するSTM電流増幅器と、前
    記第2の電極から出力される電流を検出するBEEM電
    流増幅器と、前記第2の電極から出力される電流を測定
    する間、前記STM電流増幅器を前記第1の電極から電
    気的に切り離す切り離し手段とを具備したことを特徴と
    する界面特性測定装置。
JP10016793A 1993-04-05 1993-04-05 界面特性測定装置 Pending JPH06291171A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10016793A JPH06291171A (ja) 1993-04-05 1993-04-05 界面特性測定装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10016793A JPH06291171A (ja) 1993-04-05 1993-04-05 界面特性測定装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06291171A true JPH06291171A (ja) 1994-10-18

Family

ID=14266765

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10016793A Pending JPH06291171A (ja) 1993-04-05 1993-04-05 界面特性測定装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH06291171A (ja)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100978699B1 (ko) 전기적 피드백 검출 시스템 및 멀티 포인트 테스팅 장치
JPS62168043A (ja) 4点プロ−ブを用いた半導体ウエハ測定方法及び回路
US6448553B1 (en) Signal detector to be used with scanning probe and atomic force microscope
Pelz et al. Extremely low‐noise potentiometry with a scanning tunneling microscope
Tran et al. “Zeptofarad”(10− 21 F) resolution capacitance sensor for scanning capacitance microscopy
US6930502B2 (en) Method using conductive atomic force microscopy to measure contact leakage current
JPH06291171A (ja) 界面特性測定装置
JPH1130622A (ja) 走査型静電容量顕微鏡
US6208151B1 (en) Method and apparatus for measurement of microscopic electrical characteristics
US6750450B2 (en) Scanning magnetism detector and probe
US5122739A (en) STM-like device and method for measuring node voltages on integrated circuits
EP0485202B1 (en) Use of STM-like system to measure node voltage on integrated circuits
US6714023B2 (en) Method for high-accuracy non-contact capacitive displacement measurement of poorly connected targets
JPH0712824A (ja) 電位分布測定機能を備える走査型トンネル顕微鏡
JPS6252457B2 (ja)
JP3147425B2 (ja) 走査型半導体プローブ顕微鏡
JPH05136238A (ja) 界面特性測定装置
JPH0850872A (ja) 試料表面の観察方法、原子間力顕微鏡、微細加工方法および微細加工装置
Greve Method for extending the range of low‐frequency admittance measurements
JPH06129847A (ja) 原子間力顕微鏡装置
JPH05164795A (ja) 抵抗率計
JPH05198646A (ja) 半導体の不純物分布の測定方法
Farley Comment on “Imaging the local electrical properties of metal surfaces by atomic force microscopy with conducting probes”[Appl. Phys. Lett. 69, 1975 (1996)]
JP2000068343A (ja) 半導体材料の導電型判別方法とその装置
BERMAN et al. Single Electron Transistors for Charge Sensing in