SK288589B6 - Method for performing the local charge transient analysis - Google Patents
Method for performing the local charge transient analysis Download PDFInfo
- Publication number
- SK288589B6 SK288589B6 SK78-2012A SK782012A SK288589B6 SK 288589 B6 SK288589 B6 SK 288589B6 SK 782012 A SK782012 A SK 782012A SK 288589 B6 SK288589 B6 SK 288589B6
- Authority
- SK
- Slovakia
- Prior art keywords
- probe
- transient
- analyzed
- tuner
- sample
- Prior art date
Links
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 title claims abstract description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 100
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000015654 memory Effects 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 6
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 3
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000001773 deep-level transient spectroscopy Methods 0.000 description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 8
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 6
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 5
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 5
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 238000004621 scanning probe microscopy Methods 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004667 electrostatic force microscopy Methods 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 238000002465 magnetic force microscopy Methods 0.000 description 2
- 238000004651 near-field scanning optical microscopy Methods 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 244000045947 parasite Species 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000004645 scanning capacitance microscopy Methods 0.000 description 2
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 1
- 238000007431 microscopic evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000000399 optical microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
- G01Q60/24—AFM [Atomic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. AFM probes
- G01Q60/30—Scanning potential microscopy
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q10/00—Scanning or positioning arrangements, i.e. arrangements for actively controlling the movement or position of the probe
- G01Q10/04—Fine scanning or positioning
- G01Q10/045—Self-actuating probes, i.e. wherein the actuating means for driving are part of the probe itself, e.g. piezoelectric means on a cantilever probe
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q20/00—Monitoring the movement or position of the probe
- G01Q20/04—Self-detecting probes, i.e. wherein the probe itself generates a signal representative of its position, e.g. piezoelectric gauge
Abstract
Description
Technické riešenie sa týka špecifického spôsobu realizácie rastrovacej sondovej mikroskopie, a to rastrovacej tranzientnej mikroskopie, využívajúcej nábojovú tranzientnú spektroskopiu na analýzu materiálov na mikroskopickej úrovni.The technical solution relates to a specific method of realization of scanning probe microscopy, namely scanning transient microscopy, using charge transient spectroscopy for the analysis of materials at the microscopic level.
Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Metóda DLTS (Deep Level Transient Spectroscopy) sa stala pravdepodobne najúspešnejšou metódou analýzy elektricky aktívnych hlbokých defektov v polovodičových štruktúrach. Pri konvenčnej metóde DLTS sa rýchlosť emisie nábojov zachytených v defektoch mení zahrievaním. Takýto prístup je nepraktický v mikroskopii, kde sa musia zaznamenať dáta z mnohých bodov, lebo by to vyžadovalo opakujúce sa cykly zahrievania a ochladzovania, a to by kládlo extrémne nároky na reprodukovateľnosť vzájomnej polohy sondy zariadenia a analyzovanej vzorky pri zmenách teploty, a malo veľké časové nároky na trvanie analýzy.The DLTS (Deep Level Transient Spectroscopy) method has probably become the most successful method of analyzing electrically active deep defects in semiconductor structures. In the conventional DLTS method, the emission rate of charges trapped in defects is varied by heating. Such an approach is impractical in microscopy, where data from many points must be recorded, as this would require repetitive heating and cooling cycles, which would place extreme demands on the reproducibility of the relative position of the probe of the device and the sample under temperature changes, demands on the duration of the analysis.
Doteraz známe riešenie je opísané napríklad v EP 2325657, kde sa opisuje rastrovací mikroskop, ktorý obsahuje oscilačný obvod vytvárajúci signál indikujúci fázu budiaceho signálu, z ktorého je vytvorený budiaci signál. Zo signálu odchýlky je vygenerovaný komplexný signál. Výpočtový obvod vypočíta argument komplexného signálu. Výstupný signál zodpovedajúci veľkosti interakcie medzi sondou a vzorkou sa získa pomocou fázového komparátora, ktorý zistí rozdiel fázy argumentu a budiaceho signálu. Navyše doplnením o slučkový filter možno vytvoriť fázový záves a vytvoriť frekvenčný signál, ktorý odráža zmenu rezonančného kmitočtu sondy.A prior art solution is described, for example, in EP 2325657, which discloses a scanning microscope comprising an oscillating circuit generating a signal indicating the phase of the excitation signal from which the excitation signal is formed. A complex signal is generated from the deviation signal. The computational circuit calculates the complex signal argument. The output signal corresponding to the size of the interaction between the probe and the sample is obtained by means of a phase comparator which detects the difference of the phase of the argument and the excitation signal. In addition, by adding a loop filter, a phase lock can be created and a frequency signal reflecting the change in the resonant frequency of the probe.
Patent US6094971 sa týka rastrovacieho sondového mikroskopu na zisťovanie interakcie medzi povrchom vzorky a hrotom sondy, pričom sonda nie je v priamom kontakte s povrchom vzorky. Zapojenie mikroskopu využíva fázovo citlivý detektor na zisťovanie fázového rozdielu medzi budiacim signálom a výstupom napäťového zosilňovača, pričom výstup uvedeného fázovo citlivého detektora je vstupom napätím riadeného oscilátora, čím sa vytvára zapojenie fázového závesu, kde sa interakcia medzi hrotom sondy a povrchom vzorky prejavuje ako posun v mechanickej rezonančnej frekvencii kryštálového oscilátora.US6094971 relates to a scanning probe microscope for detecting the interaction between a sample surface and a probe tip, wherein the probe is not in direct contact with the sample surface. The microscope circuit utilizes a phase sensitive detector to detect the phase difference between the excitation signal and the output of the voltage amplifier, wherein the output of said phase sensitive detector is a voltage controlled oscillator input, creating a phase curtain connection where the interaction between probe tip and sample surface the mechanical resonance frequency of the crystal oscillator.
V patente EP0551814 je zase opísané zariadenie na pozorovanie povrchu materiálov a spôsob pozorovania. Pôsobenie síl na vibrujúcu sondu, bezkontaktné skenujúcu povrch materiálu, je snímané viacerými detektormi. V alternatívnom riešení je na vyhodnocovanie použitý obvod fázového závesu so zisťovaním fázového rozdielu medzi dvomi signálmi.In EP0551814, a surface surface observation device and an observation method are described. The application of forces to a vibrating probe, the non-contact scanning surface of the material, is sensed by multiple detectors. In an alternative solution, a phase curtain circuit with phase difference detection between two signals is used for evaluation.
Popri zobrazovaní reliéfu povrchu nároky formulované v uvedených príkladoch zahŕňajú použitie opísaných zariadení na rôzne metódy analýzy, napr. EFM (elektrostatickej silovej mikroskopie), MFM (magnetickej silovej mikroskopie), KPM (mikroskopie Kelvinovou sondou), založené na silovom pôsobení na sondu. Iné nároky sú založené na nastavení vzdialenosti sondy od povrchu na vykonanie analýzy metódou optickej mikroskopie v blízkom poli (SNOM, NSOM) a kapacitnej mikroskopie (SCM).In addition to imaging surface relief, the claims formulated in the examples include the use of the described devices for various methods of analysis, e.g. EFM (Electrostatic Force Microscopy), MFM (Magnetic Force Microscopy), KPM (Kelvin Probe Microscopy), based on the force applied to the probe. Other claims are based on adjusting the distance of the probe from the surface to perform near-field optical microscopy (SNOM, NSOM) and capacitive microscopy (SCM) analysis.
Metóda DLTS (patent US3859595) sa používa na analýzu hlbokých defektov v polovodičoch. Hlbokými sa nazývajú defekty (pasce, záchytné centrá), vzdialené od hrany vodivostného alebo valenčného pásu o násobky súčinu kT, kde k je Boltzmannova konštanta a T absolútna teplota, v dôsledku čoho nosiče náboja po zachytení zotrvajú v takýchto defektoch dlhší čas. Obvykle sa aplikuje na vzorky (diódy, kondenzátory) s plochou elektród 0,1 až 1 mm2. Sťažená situácia nastávala pri aplikácii DLTS na štruktúry predstavujúce kondenzátor s veľmi malou kapacitou. Tu si riešenie vyžaduje zvýšiť citlivosť o viac rádov. Pri malých rozmeroch tranzistorových štruktúr bol problém riešený aplikáciou exeitačných pulzov na vstupe a využívaním vlastného zosilnenia tranzistora pri meraní výstupného prúdu alebo konduktancie kanála. Takáto možnosť vš ak nie je aplikovateľná pri jednoduchých tenkých filmoch, ktoré ako meraný objekt predstavujú dvojpól.The DLTS method (US3859595) is used to analyze deep defects in semiconductors. Deep are called defects (traps, trapping centers) spaced from the edge of the conductive or valence band by multiples of the product kT, where k is the Boltzmann constant and T the absolute temperature, causing the charge carriers to remain in such defects for longer. It is usually applied to samples (diodes, capacitors) with an electrode area of 0.1 to 1 mm 2 . A difficult situation occurred when applying DLTS to structures representing a very small capacitor capacitor. Here the solution requires to increase sensitivity by more orders. With small dimensions of transistor structures, the problem was solved by applying exeitive pulses to the input and using the transistor's own amplification to measure the output current or channel conductance. However, such a possibility is not applicable to simple thin films which represent a double pole as the measured object.
Aplikácia kapacitnej verzie DLTS v mikroskopii bola opísaná v práci C. K. Kim, I. T. Yoon, Y. Kuk a H. Lim, „Variable-temperature scanning capacitance microscopy: A way to próbe chargé traps in oxide or semiconductor“, Applied Physics Letters, 78, 613 (2001) a v práci A. L. Tóth, L. Dózsa, J. (ivnlai, F. Giannazzo a V. Raineri, „SCTS: scanning capacitance transient spectroscopy“, Materials Science in Semiconductor Processing 4, 89 (2001). Nevýhodou a nedostatkom kapacitnej DLTS je, že je použiteľná len na polovodičové materiály s dostatočne veľkou vodivosťou. Nehodí sa napr. na analýzu dielektrických filmov alebo organických polovodičov. Širšie možnosti využitia poskytuje nábojová verzia DLTS, opísaná v práci T. J. Mego, „hnproved feedback chargé method for quasistatic CV measurements in semiconductors “, Review ofScientific Instruments, 57, 2798 (1986).The application of the capacitive version of DLTS in microscopy has been described in CK Kim, Yoon IT, Y. Kuk and H. Lim, "Variable-temperature scanning capacitance microscopy: A way to probe carbon dioxide or semiconductor", Applied Physics Letters, 78, 613 (2001) and in AL Tóth, L. Dózsa, J. (ivnlai, F. Giannazzo and V. Raineri, "SCTS: scanning capacitance transient spectroscopy", Materials Science in Semiconductor Processing 4, 89 (2001). capacitive DLTS is that it is applicable only to semiconductor materials with a sufficiently high conductivity, not suitable for the analysis of dielectric films or organic semiconductors, for example, the charge version of DLTS described in TJ Mego, “feedback feedback chargé method for quasistatic CV” measurements in semiconductors, 'Review of Scientific Instruments, 57, 2798 (1986).
S K 288589 B6N K 288589 B6
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Nedostatky doterajších zariadení rieši spôsob riadenia sondy mikroskopu, výhodou ktorého je, že umožňuje mikroskopickú analýzu defektov tranzientnou spektroskopiou aj v málo vodivých polovodičových a dielektrických filmoch. Ďalšou výhodou je, že sonda nie je v kontakte s analyzovaným povrchom, nepoškodzuje ho a zároveň sa neopotrebováva.The disadvantages of the prior art are solved by the method of controlling the probe of the microscope, the advantage of which is that it enables microscopic analysis of defects by transient spectroscopy even in low-conducting semiconductor and dielectric films. Another advantage is that the probe is not in contact with the surface to be analyzed, does not damage it and does not wear out at the same time.
Spôsob uskutočňovania lokálnej nábojovej tranzientnej analýzy pomocou sondy rastrovacieho tranzientného mikroskopu sa vyznačuje tým, že sonda je umiestnená a premiestňovaná v malej vzdialenosti od zobrazovaného povrchu, vo zvolenom bode sa nastaví vhodná vzdialenosť sondy od povrchu a napájanie senzora na riadenie vzdialenosti sondy od povrchu sa vypne, uskutoční sa lokálna nábojová tranzientná spektroskopická analýza, a následne sa napájanie senzora na riadenie vzdialenosti sondy od povrchu znovu zapne. Spoľahlivá analýza tranzientov je umožnená oddelením analyzovaného tranzientného prúdu od prúdu napájajúceho senzor na riadenie vzdialenosti sondy od povrchu, a to oddelením kroku nastavenia polohy sondy od kroku vlastného merania veličiny.The method of performing local charge transient analysis using a scanning transient microscope probe is characterized in that the probe is positioned and moved at a short distance from the surface to be displayed, at a selected point the appropriate probe distance to the surface is set and the sensor power is controlled. a local charge transient spectroscopic analysis is performed, and then the sensor is powered to control the distance from the probe to the surface. Reliable transient analysis is made possible by separating the analyzed transient current from the current supplying the sensor to control the probe distance from the surface by separating the probe positioning step from the actual measurement step.
Výhodou riešenia je, že umožňuje pripojenie sondy, tvorenej miniatúrnym rezonátorom s pripojeným hrotom snímajúcim analyzovanú veličinu k širokopásmovému zosilňovaču bez potreby ďalšieho prívodu, ktorý by komplikoval realizáciu sondy a znižoval jej mechanický činiteľ kvality Q, a tým aj citlivosť snímania interakcie s povrchom Lokálna nábojová tranzientná analýza sa uskutoční po nastavení hrotu sondy do zvolenej vzdialenosti od povrchu, snímanej pomocou rezonátora. Prúd rozkmitávajúci rezonátor je zosilňovaný zosilňovačom, ktorý slúži aj na zosilňovanie prúdových tranzientov (prechodových javov). Súčasné privedenie obidvoch signálov na jediný zosilňovač by viedlo k ich vzájomnému ovplyvňovaniu a k ťažkostiam s ich spoľahlivým oddelením po zosilnení. Vynález preto rieši aj spôsob oddelenia obidvoch signálov.The advantage of the solution is that it allows connection of a probe consisting of a miniature resonator with an attached probe sensing the analyzed quantity to a broadband amplifier without the need for additional supply, which would complicate the probe realization and reduce its mechanical Q quality factor. analysis is performed by adjusting the probe tip to a selected distance from the surface sensed by the resonator. The current oscillating resonator is amplified by an amplifier, which also serves to amplify current transients (transient phenomena). Simultaneous application of both signals to a single amplifier would lead to their mutual interaction and difficulties in their reliable separation after amplification. The invention therefore also provides a method of separating the two signals.
Obrázok 1 ukazuje realizáciu rastrovacieho nábojového tranzientného mikroskopu na snímanie sily pôsobiacej medzi hrotom sondy 2 a analyzovaným povrchom vzorky 12, ktorá používa snímanie fázového posunu medzi napájacím napätím a deformáciou ladičky 1, pričom udržovanie zvolenej vzdialenosti sa uskutočňuje stabilizáciou kmitočtu kmitov ladičky j, pomocou obvodu fázového závesu 6, ktorého výstup je pripojený na aktuátor 4, nastavujúci polohu sondy v smere kolmom na analyzovaný povrch vzorky 12 tak, aby sa zabezpečil konštantný kmitočet kmitania hrotu 2, čomu zodpovedá konštantná vzdialenosť hrotu sondy 2 od povrchu 12.Figure 1 shows an implementation of a scanning charge transient microscope for sensing the force exerted between the probe tip 2 and the analyzed sample surface 12, which uses phase shift sensing between the supply voltage and the tuning fork 1, maintaining the selected distance by stabilizing the tuning frequency j of the tuner a hinge 6, the output of which is connected to an actuator 4, adjusting the position of the probe in a direction perpendicular to the analyzed surface of the sample 12 so as to ensure a constant oscillation frequency of the tip 2 corresponding to a constant distance of the probe 2 from the surface 12.
Po nastavení zvolenej vzdialenosti si na to určený obvod 9 zapamätá a udržuje napätie na aktuátore 4 a napájanie ladičky sa vypne. Po zastavení jej kmitania sa na analyzovanú vzorku 12 privedú prúdové alebo svetelné impulzy a vzniknuté prúdové tranzienty sa integrujú, podľa potreby stredujú a vhodnou metódou analyzujú. Následne sa po ukončení analytickej fázy obnoví napájanie ladičky 1, po ustálení amplitúdy jej kmitov a kmitočtu riadiaceho napätia napätím riadeného osciloskopu 11 sa obnoví spojenie výstupu s aktuátorom 4, čím sa umožní korekcia vzdialenosti sondy od povrchu v prípade, že sa počas analytickej fázy zmenila.After adjusting the selected distance, the designated circuit 9 remembers and maintains the voltage on the actuator 4 and the tuner power is turned off. After stopping its oscillation, current or light pulses are applied to the analyzed sample 12 and the resulting current transients are integrated, centered as necessary and analyzed by a suitable method. Subsequently, after the end of the analysis phase, the power supply to the tuner 1 is restored, after the amplitude of its oscillations and the control voltage frequency of the voltage-controlled oscilloscope 11 are stabilized, the output to actuator 4 is restored, allowing correction of the probe distance to the surface.
Podľa potreby sa sonda premiestni do ďalšieho bodu aproces saopakuje.If necessary, the probe is moved to the next point and the process is repeated.
Prehľad obrázkov na výkresochBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Na obrázku č. 1 je znázornené schematické zapojenie zariadenia sondy.In the picture no. 1 shows a schematic connection of a probe device.
Na obrá/ku č. 2 je znázornené zapojenie sondy ako príklad konkrétneho uskutočnenia rastrovacej mikroskopie.For picture no. 2 shows the probe wiring as an example of a specific embodiment of scanning microscopy.
Na obrázku č. 3 je znázornené bežné usporiadanie, pri ktorom boky ramien ladičky zvierajú s povrchom analyzovanej vzorky uhol menší ako 15 stupňov.In the picture no. 3 shows a conventional arrangement in which the sides of the tuning-arm arms form an angle of less than 15 degrees to the surface of the sample to be analyzed.
Na obrá/ku č. 4 je usporiadanie, pri ktorom boky ramien ladičky zvierajú s povrchom analyzovanej vzorky uhol väčší než 15 stupňov a menší než 90 stupňov a medzi ladičku a analyzovanú vzorkuje vložené tienenie.For picture no. 4 is an arrangement in which the sides of the tuning arm arms form an angle of greater than 15 degrees and less than 90 degrees to the surface of the sample to be analyzed, and an embedded shield is interposed between the tuner and the sample to be analyzed.
Príklady uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
V opise konkrétneho uskutočnenia sú analógové vstupy bezoznačenia, označené (a) alebo (b) a riadiace vstupy (k). Výstupy sú bez označenia alebo sú značené (v), (u) alebo (v).In the description of a particular embodiment, the unlabeled analogue inputs are labeled with (a) or (b) and the control inputs (k). Outputs are unmarked or marked (v), (u) or (v).
Senzor snímajúci polohu sondy vzhľadom na analyzovaný povrch je tvorený piezoelektrickým rezonátorom - kremennou ladičkou 1, jeden z kontaktov ktorej je pripojený na zdroj striedavého signálu, predstavovaný napätím riadeným zdrojom 22 signálu na napájanie ladičky 1 a druhý kontakt je spojený s vodivým hrotom 2 a súčasne je pripojený na vstup (a) zosilňovača 5. Analyzovaná vzorka je vodivo spojená so stolíkom elektródou 3, na ktorú je pripojené predpätie a cxcitačné impulzy zo zdroja 8 cxcitačnýcli impulzov. Prúd ge3The sensor detecting the position of the probe with respect to the surface to be analyzed is a piezoelectric resonator - a quartz tuner 1, one of which is connected to an AC source, represented by a voltage-controlled signal source 22 for powering the tuner 1 and the other contact connected to a conductive tip 2. connected to the input (a) of the amplifier 5. The sample to be analyzed is conductively connected to the stage by an electrode 3, to which the bias and the citation pulse from the source 8 of the citation pulse are connected. Current ge3
S K 288589 B6 nerovaný vo vzorke predpätím a budiacimi impulzmi je cez vodivý hrot 2 privedený na vstup (a) zosilňovača 5, v konkrétnom príklade spínaného integrátora. Výstup zosilňovača 5 je spojený so vstupom (a) procesora 13 prechodových javov a súčasne aj so vstupom (a) fázového detektora 16. Na vstup (b) fázového detektora 16 je pripojené výstupné napätie riadeného zdroja 22 signálu na napájanie ladičky 1,. Výstup fázového detektora 16 je pripojený cez vstup (a) na pamäť 18 vstupného napätia regulátora 19 a súčasne cez jej výstup na vstup regulátora 19, a na pamäť 21 riadiaceho napätia riadeného zdroja signálu a súčasne cez jej výstup na riadený zdroj 22 signálu, v tomto prípade napätím riadený oscilátor. Prúd z výstupu riadeného zdroja 22 signálu na napájanie ladičky je privedený na kremennú ladičku 1, ktorú udržuje v rezonancii, prípadne v inom zvolenom bode rezonančnej krivky. Výstupným napätím regulátora 19 je ovládaný aktuátor 4, ktorý zabezpečuje potrebný pohyb sondy v smere kolmom na povrch 12 analyzovanej vzorky. Riadiaci impulz z výstupu (v) dátového riadiaceho procesora 7 cez vstup (k) zablokuje stav pamätí 18 vstupného napätia pre regulátor 19 a pamäť 21 riadiaceho napätia riadeného zdroja signálu s oneskorením zabezpečeným prvým oneskorovacím obvodom 14 vypne cez vstup (k) zdroj 8 exeitačných impulzov a s oneskorením realizovaným druhým oneskorovacím obvodom 15 zablokuje cez vstup (k) fázový detektor 16.With K 288589 B6 not biased in the sample by biasing and excitation pulses, it is applied via a conductive tip 2 to the input (a) of the amplifier 5, in a particular example of a switched integrator. The output of the amplifier 5 is connected to the input (a) of the transient event processor 13 and simultaneously to the input (a) of the phase detector 16. At the input (b) of the phase detector 16 the output voltage of the controlled signal source 22 is connected. The output of the phase detector 16 is connected via input (a) to the input voltage memory 18 of the controller 19 and simultaneously through its output to the input of the controller 19, and to the control voltage memory 21 of the controlled signal source and simultaneously through its output to the controlled signal source 22. voltage controlled oscillator. The current from the output of the tuner power supply 22 is applied to the quartz tuner 1, which it maintains in resonance or at another selected point in the resonance curve. The output voltage of the regulator 19 is an actuator 4 which provides the necessary movement of the probe in a direction perpendicular to the surface 12 of the sample to be analyzed. The control pulse from the output (v) of the data control processor 7 via input (k) blocks the state of the input voltage memories 18 for the controller 19 and the control voltage source memory 21 with the delay provided by the first delay circuit 14. and with the delay realized by the second delay circuit 15, it blocks the phase detector 16 through the input (k).
Z výstupu (v) dátového riadiaceho procesora 7 je riadiaci impulz privedný na vstup (k) zdroja 8 exeitačných impulzov, ktoré sú prostredníctvom elektródy 3 pripojené spolu s predpätím na povrch 12 analyzovanej vzorky a súčasne aj na vstup (k) zosilňovača 5, ktorý zablokuje na čas potrebný na utlmenie kmitov ladičky 1 a trvania exeitačného impulzu. Aby sa kmity kremennej ladičky 1 stačili utlmiť aj v prípade krátkych exeitačných impulzov, exeitačný impulz sa vygeneruje s oneskorením, zabezpečeným prvým oneskorovacím obvodom 14 pripojeným na riadiaci vstup (k) zdroja 8 exeitačných impulzov. Po ukončení časového intervalu na záznam a spracovanie prechodových javov sa odblokuje fázový detektor 16 a zapne sa riadený zdroj 22 signálu na napájanie ladičky a po opätovnom rozkmitaní ladičky 1 a jej doladení na pracovný kmitočet sa s oneskorením realizovaným tretím oneskorovacím obvodom 17 odblokujú pamäte 18 vstupného napätia regulátora 19 a pamäte 21 riadiaceho napätia riadeného zdroja signálu a regulátor 19 pomocou aktuátora 4 obnoví reguláciu vzdialenosti vodivého hrotu 2 od povrchu 12 analyzovanej vzorky. Na uľahčenie rozkmitania kremennej ladičky J, sa vzdialenosť vodivého hrotu 2 od povrchu 12 analyzovanej vzorky môže mieme zvýšiť. Aktuátor 4 umožní presun vodivého hrotu 2 do ďalších bodov nad povrchom 12 analyzovanej vzorky, kde sa celý cyklus opakuje. Výstup regulátora 19 je súčasne pripojený na topografický výstup 23, pomocou ktorého sa zobrazuje topografia (reliéf) povrchu 12 analyzovanej vzorky.From the output (v) of the data control processor 7, a control pulse is applied to the input (k) of the pulse source 8, which via electrode 3 is coupled together with a bias to the sample surface 12 and simultaneously to the input (k) of the amplifier 5 for the time needed to attenuate the tuner 1 vibrations and the duration of the execution pulse. In order for the quartz tuner 1 to be able to damp even in the case of short execution pulses, the execution pulse is generated with a delay provided by the first delay circuit 14 connected to the control input (k) of the execution pulse source 8. Upon completion of the time interval for recording and processing the transient phenomena, the phase detector 16 is unlocked and the controlled source 22 of the tuner power supply is turned on and after tuning the tuner 1 again and tuning to the operating frequency, the input voltage memory 18 is unlocked. the controller 19 and the control voltage memory 21 of the controlled signal source, and the controller 19, by means of the actuator 4, restores the control of the distance of the conductive tip 2 from the surface 12 of the analyzed sample. To facilitate the oscillation of the quartz tuner J, the distance of the conductive tip 2 from the surface 12 of the sample to be analyzed can be slightly increased. The actuator 4 allows the conductive tip 2 to be moved to other points above the surface 12 of the analyzed sample, where the entire cycle is repeated. The output of the controller 19 is simultaneously connected to the topographic output 23, by means of which the topography (relief) of the surface 12 of the analyzed sample is displayed.
Spojenie vodivého hrotu s kremennou ladičkou v odlišnom usporiadaní bolo zahrnuté v patente US6094971. V súčasnosti používaných rastrovacích sondových mikroskopoch sa bežne používa usporiadanie sondy približne rovnobežné s povrchom vzorky (sonda zviera s povrchom vzorky uhol maximálne do 15 stupňov). Takéto usporiadanie je nevýhodné pre veľkú parazitmi kapacitu medzi elektródami sondy a vzorkou.The connection of the conductive tip with a quartz tuner in a different configuration has been disclosed in US6094971. The currently used scanning probe microscopes commonly use a probe arrangement approximately parallel to the sample surface (the probe animal has an angle of up to 15 degrees to the sample surface). Such an arrangement is disadvantageous for the large parasite capacity between the probe electrodes and the sample.
Schéma na obr. 3 ukazuje bežné usporiadanie, pri ktorom ramená ladičky J, zvierajú s povrchom 12 analyzovanej vzorky uhol menší ako 15 stupňov.The diagram of FIG. 3 shows a conventional arrangement in which the tuning arms J make an angle of less than 15 degrees with the surface 12 of the sample to be analyzed.
Schéma na obr. 4 ukazuje nové usporiadanie, pri ktorom ramená ladičky 1 zvierajú s povrchom 12 analyzovanej vzorky uhol väčší než 15 stupňov a menší ako 90 stupňov, a medzi ladičku 1 a analyzovanú vzorku je vložené tienenie 35.The diagram of FIG. 4 shows a new arrangement in which the tuner arms 1 form an angle greater than 15 degrees and less than 90 degrees with the surface 12 of the analyzed sample, and a shield 35 is inserted between the tuner 1 and the analyzed sample.
Takéto riešenie parazitmi kapacitu medzi elektródami 3 ladičky ý a vzorkou potláča. Tienenie je síce bežný spôsob redukcie vzájomných kapacít, ale v spojení so sondami rastrovacích sondových mikroskopov takéto usporiadanie zatiaľ nebolo použité.Such a solution of parasites capacitance between tuning electrodes 3 and sample suppresses. Although shielding is a common method of reducing mutual capacities, such an arrangement has not been used in conjunction with scanning probe microscope probes.
Predmet technického riešenia možno použiť aj v spojení s vibrujúcimi sondami, ktoré na pohon používajú iný druh aktuátora, napr. samostatný piezoelektrický element poháňajúci kmitajúce ramienko silového mikroskopu alebo ramienko z feromagnetického materiálu rozkmitávané premenlivým magnetickým poľomThe object of the invention can also be used in conjunction with vibrating probes which use another type of actuator to drive, e.g. a single piezoelectric element driving the oscillating arm of a force microscope or a arm of ferromagnetic material oscillated by a variable magnetic field
Priemyselná \yužiteľnosťIndustrial Usability
Rastrovacia sondová mikroskopia umožňuje zobrazovať reliéf alebo inú vlastnosť povrchu s vysokým priestorovým rozlíšením použitím sondy umiestnenej a premiestňovanej v malej vzdialenosti od zobrazovaného povrchu.Scanning probe microscopy allows to display a relief or other feature of a high spatial resolution surface using a probe positioned and displaced a short distance from the imaging surface.
Vynález umožňuje spoľahlivú analýzu tranzientov vzájomným oddelením analyzovaného tranzient ného prúdu od prúdu napájajúceho senzor na riadenie vzdialenosti sondy od povrchu. Metóda je vhodná na analýzu materiálov na mikroskopickej úrovni, aj na nanometrovej úrovni.The invention allows reliable transient analysis by separating the analyzed transient current from the current supplying the sensor to control the distance of the probe from the surface. The method is suitable for analyzing materials at the microscopic level as well as at the nanometer level.
S K 288589 B6N K 288589 B6
Zoznam vzťahových značiek:List of reference marks:
ladička (1) vodivý hrot (2) elektróda (3) aktuátor (4) zosilňovač (5) obvod (6) fázového závesu riadiaci procesor (7) zdroj (8) exeitačných impulzov pamäťový obvod (9) zdroj (10) napájania aktuátora osciloskop (11) povrch (12) analyzovanej vzorky procesor (13) prechodových javov prvý oneskorovacíobvod (14) druhý oneskorovací obvod (15) fázový detektor (16) tretí oneskorovací obvod (17) pamäť(18) vstupného napätia regulátor (19) štvrtý oneskorovací obvod (20) pamäť (21) riadiaceho napätia riadeného zdroja signálu riadený zdroj (22) signálu nanapájanie ladičky topografický výstup (23) prívod (33) od riadeného zdroja signálu (22) prívod (34) na vstup zosilňovača (5) tienenie (35)tuner (1) conductive tip (2) electrode (3) actuator (4) amplifier (5) phase-hinge circuit (6) control processor (7) source (8) execution pulses memory circuit (9) power supply (10) actuator power oscilloscope (11) analyte sample surface (12) transient event processor (13) first delay circuit (14) second delay circuit (15) phase detector (16) third delay circuit (17) memory (18) input voltage controller (19) fourth delay circuit (20) control voltage source (21) controlled signal source controlled signal source (22) tuner power supply topographic output (23) inlet (33) from controlled signal source (22) inlet (34) to amplifier input (5) shielding (35)
Claims (5)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SK78-2012A SK288589B6 (en) | 2012-10-05 | 2012-10-05 | Method for performing the local charge transient analysis |
| PCT/SK2013/000014 WO2014055046A1 (en) | 2012-10-05 | 2013-10-02 | Method for performing the local charge transient analysis |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SK78-2012A SK288589B6 (en) | 2012-10-05 | 2012-10-05 | Method for performing the local charge transient analysis |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SK782012A3 SK782012A3 (en) | 2014-06-03 |
| SK288589B6 true SK288589B6 (en) | 2018-09-03 |
Family
ID=49553797
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SK78-2012A SK288589B6 (en) | 2012-10-05 | 2012-10-05 | Method for performing the local charge transient analysis |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| SK (1) | SK288589B6 (en) |
| WO (1) | WO2014055046A1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108828269B (en) * | 2018-04-26 | 2020-10-13 | 中北大学 | Atomic force microscope accurate repeated positioning implementation device based on optical positioning technology |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3859595A (en) | 1973-12-06 | 1975-01-07 | Bell Telephone Labor Inc | Method for measuring traps in semiconductors |
| DE69309318T2 (en) | 1992-01-10 | 1997-10-30 | Hitachi Ltd | Method and device for observing a surface |
| US6094971A (en) | 1997-09-24 | 2000-08-01 | Texas Instruments Incorporated | Scanning-probe microscope including non-optical means for detecting normal tip-sample interactions |
| WO2010023811A1 (en) | 2008-08-28 | 2010-03-04 | 国立大学法人 金沢大学 | Scanning type probe microscope |
| ES2354795B1 (en) * | 2009-07-31 | 2012-01-30 | Universidad De Barcelona | MICROSCOPY DEVICE PROVIDED WITH A RESONANT FORK AND A RECTILINAL POINT. |
-
2012
- 2012-10-05 SK SK78-2012A patent/SK288589B6/en not_active IP Right Cessation
-
2013
- 2013-10-02 WO PCT/SK2013/000014 patent/WO2014055046A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2014055046A1 (en) | 2014-04-10 |
| SK782012A3 (en) | 2014-06-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6094971A (en) | Scanning-probe microscope including non-optical means for detecting normal tip-sample interactions | |
| KR100961571B1 (en) | Scanning probe microscope | |
| Qin et al. | Calibrating a tuning fork for use as a scanning probe microscope force sensor | |
| US8358141B2 (en) | Analytical scanning evanescent microwave microscope and control stage | |
| Karatay et al. | Fast time-resolved electrostatic force microscopy: Achieving sub-cycle time resolution | |
| JP6184521B2 (en) | A microscope with a multimode local probe, a tip-enhanced Raman microscope, and a method for controlling the distance between the local probe and the sample. | |
| CN102662111A (en) | Piezoelectric coefficient detection method | |
| JPH07318568A (en) | Scanning probe microscope | |
| US10895585B2 (en) | Multiple integrated tips scanning probe microscope | |
| US20140223614A1 (en) | Potential measurement device and atomic force microscope | |
| EP3376245A1 (en) | Scanning sensor comprising a spin defect | |
| McRae et al. | Cavity optoelectromechanical system combining strong electrical actuation with ultrasensitive transduction | |
| US10132831B2 (en) | Electrostatic force balance microscopy | |
| SK288589B6 (en) | Method for performing the local charge transient analysis | |
| Peterson | Kelvin probe liquid-surface potential sensor | |
| KR100721586B1 (en) | Scanning capacitance microscope, driving method of the scanning capacitance microscope, and recording medium storing program to implement the method | |
| JP2003042931A (en) | Scanning probe microscope | |
| KR101211013B1 (en) | Scanning Probe Microscopy | |
| US11397078B2 (en) | Thin film metrology | |
| Wang et al. | Determination of electrostatic force and its characteristics based on phase difference by amplitude modulation atomic force microscopy | |
| KR101507108B1 (en) | Near-field scanning optical microscope system and probe methods using the same | |
| US7788732B2 (en) | Method and apparatus for two-dimensional profiling of doping profiles of a material sample with scanning capacitance microscope | |
| JP6184847B2 (en) | Method and apparatus for measuring surface shape of magnetic head element | |
| US20230375330A1 (en) | Thin film metrology | |
| JP6219256B2 (en) | Fine structure measuring probe and fine structure measuring apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QA4A | Licence offer for patent |
Effective date: 20190529 |
|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of maintenance fees |
Effective date: 20201005 |