【技术实现步骤摘要】
基于非接触原子力显微镜的微区载流子浓度测量方法
[0001]本专利技术属于半导体微区载流子浓度探测
，具体地讲，涉及一种基于非接触原子力显微镜的微区载流子浓度测量方法。
技术介绍
[0002]半导体材料和器件在集成电路、通信、显示、新能源等领域应用广泛，其性能受到载流子浓度分布的显著影响。常用的载流子浓度测量方法，例如场效应、霍尔效应与电容
‑
电压曲线等，具有很高的精度，但没有空间分辨率。而基于接触式原子力显微镜的载流子浓度分布测量方法，例如扫描微波阻抗显微镜，扫描电容显微镜等，依赖于特殊探针/样品设计，且精度易随探针/样品磨损而改变。
技术实现思路
[0003](一)本专利技术所要解决的技术问题
[0004]本专利技术解决的技术问题是：如何提供一种既有空间分辨率，又能避免损坏探针和样品的微区载流子浓度的非接触式测量方法。
[0005](二)本专利技术所采用的技术方案
[0006]一种基于非接触原子力显微镜的微区载流子浓度测量方法，所述微区载流子浓度测量方法包括：
[0007]采用两步扫描法获得待测半导体样品、若干标准半导体样品的不同位置处的介电力调制差，其中，各标准半导体样品的载流子浓度已预先标定，两步扫描法为：利用原子力显微镜的探针一次扫描半导体样品，获得表面形貌和表面电势；将探针相对于所述表面形貌抬起预设高度后进行二次扫描，二次扫描过程施加直流电压和调制电压，所述直流电压用于以抵消表面电势，获得半导体样品的不同位置处的介电力调制差；>[0008]采用数值模拟的方法获得所述待测半导体样品的介电力调制差与载流子浓度之间的定量对应关系，根据各标准半导体样品的介电力调制差和载流子浓度对所述定量对应关系进行校准，获得模拟关系曲线，根据测量得到的所述待测半导体样品的介电力调制差和所述模拟关系曲线，得到所述待测半导体样品的载流子浓度。
[0009]优选地，在两步扫描法中，利用原子力显微镜的探针扫描半导体样品，获得所述半导体样品的表面形貌的方法为：
[0010]在压电陶瓷上施加第一交流电压V
ac0
sinω0t驱动探针机械振动，采用轻敲模式进行逐行扫描，获得所述半导体样品的表面形貌。
[0011]优选地，获得所述半导体样品的表面电势的方法为：
[0012]在所述探针和所述半导体样品之间施加第二交流电压V
ac1
sinω1t，利用开尔文控制器施加直流电压V
dc
抵消ω1的振幅信号，并在扫描过程中利用数据采集表读取开尔文控制器施加的直流电压V
dc
在不同空间位置处的值，获得所述半导体样品的表面电势；
[0013]或者，在所述探针和所述半导体样品之间施加第二交流电压V
ac1
sinω1t，使用锁
相环追踪探针的机械振动在ω0的相位，使用开尔文控制器施加直流电压V
dc
抵消ω0的相位周期性变化，ω0的相位周期性变化的频率为ω1，并在扫描过程中利用数据采集表读取开尔文控制器施加的直流电压V
dc
在不同空间位置处的值，获得所述半导体样品的表面电势；
[0014]或者，在所述探针和所述半导体样品之间施加第二交流电压V
ac1
sinω1t，利用开尔文控制器施加直流电压V
dc
抵消ω0±
ω1的振幅信号，并在扫描过程中利用数据采集表读取开尔文控制器施加的直流电压V
dc
在不同空间位置处的值，获得所述半导体样品的表面电势。
[0015]优选地，在扫描过程中施加直流电压以抵消表面电势的方法为：利用数据采集表在探针和半导体样品施加缓存的直流电压V
dc
，以抵消表面电势；
[0016]在扫描过程中在探针和半导体样品之间施加调制电压，获得在所述半导体样品的不同位置处的介电力调制差的具体方法包括：
[0017]在所述探针和所述半导体样品之间施加第三交流电压V
ac2
sinω2t和直流调制电压V
g
；
[0018]测量
‑
V
g
下的2ω2的第一振幅信号和+V
g
下的2ω2的第二振幅信号，根据第一振幅信号和第二振幅信号的差值得到介电力调制差。
[0019]优选地，在扫描过程中施加直流电压以抵消表面电势的方法为：利用数据采集表在探针和半导体样品施加缓存的直流电压V
dc
，以抵消表面电势；
[0020]在扫描过程中在探针和半导体样品之间施加调制电压，获得在所述半导体样品的不同位置处的介电力调制差的具体方法包括：
[0021]在所述探针和所述半导体样品之间施加第三交流电压V
ac2
sinω2t和第四交流电压V
ac3
sinω3t；
[0022]测量2ω2+ω3或2ω2‑
ω3的振幅信号以得到介电力调制差。
[0023]优选地，在扫描过程中施加直流电压以抵消表面电势的方法为：利用数据采集表在探针和半导体样品施加缓存的直流电压V
dc
，以抵消表面电势；
[0024]在扫描过程中在探针和半导体样品之间施加调制电压，获得在所述半导体样品的不同位置处的介电力调制差的具体方法包括：
[0025]在压电陶瓷上施加第一交流电压V
ac0
sinω0t和第三交流电压V
ac2
sinω2t驱动探针机械振动，使用锁相环追踪探针的机械振动在ω0的相位；
[0026]在所述探针和所述半导体样品之间施加直流调制电压V
g
，测量
‑
V
g
下ω0的相位变化和+V
g
下ω0的相位变化，其中ω0的相位变化的频率为2ω2，根据
‑
V
g
下ω0的相位变化和+V
g
下ω0的相位变化的差值得到介电力调制差。
[0027]优选地，在扫描过程中施加直流电压以抵消表面电势的方法为：利用数据采集表在探针和半导体样品施加缓存的直流电压V
dc
，以抵消表面电势；
[0028]在扫描过程中在探针和半导体样品之间施加调制电压，获得在所述半导体样品的不同位置处的介电力调制差的具体方法包括：
[0029]在压电陶瓷上施加第一交流电压V
ac0
sinω0t驱动探针机械振动，在所述探针和所述半导体样品之间施加第三交流电压V
ac2
sinω2t和第四交流电压V
ac3
sinω3t和，使用锁相环追踪探针的机械振动在ω0的相位；
[0030]测量ω0的相位变化以得到介电力调制差，ω0相位变化的频率为2ω2+ω3或2ω2‑
ω3。
[0031]优选地，采用数值模拟的方法获得待测半导体样品的介电力调制差与载流子浓度之间本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于非接触原子力显微镜的微区载流子浓度测量方法，其特征在于，所述微区载流子浓度测量方法包括：采用两步扫描法获得待测半导体样品、若干标准半导体样品的不同位置处的介电力调制差，其中，各标准半导体样品的载流子浓度已预先标定，两步扫描法为：利用原子力显微镜的探针一次扫描半导体样品，获得表面形貌和表面电势；将探针相对于所述表面形貌抬起预设高度后进行二次扫描，二次扫描过程施加直流电压和调制电压，所述直流电压用于以抵消表面电势，获得半导体样品的不同位置处的介电力调制差；采用数值模拟的方法获得所述待测半导体样品的介电力调制差与载流子浓度之间的定量对应关系，根据各标准半导体样品的介电力调制差和载流子浓度对所述定量对应关系进行校准，获得模拟关系曲线，根据测量得到的所述待测半导体样品的介电力调制差和所述模拟关系曲线，得到所述待测半导体样品的载流子浓度。2.根据权利要求1所述的微区载流子浓度测量方法，其特征在于，在两步扫描法中，利用原子力显微镜的探针扫描半导体样品，获得所述半导体样品的表面形貌的方法为：在压电陶瓷上施加第一交流电压V
ac0
sinω0t驱动探针机械振动，采用轻敲模式进行逐行扫描，获得所述半导体样品的表面形貌。3.根据权利要求2所述的微区载流子浓度测量方法，其特征在于，获得所述半导体样品的表面电势的方法为：在所述探针和所述半导体样品之间施加第二交流电压V
ac1
sinω1t，利用开尔文控制器施加直流电压V
dc
抵消ω1的振幅信号，并在扫描过程中利用数据采集表读取开尔文控制器施加的直流电压V
dc
在不同空间位置处的值，获得并缓存所述半导体样品的表面电势；或者，在所述探针和所述半导体样品之间施加第二交流电压V
ac1
sinω1t，使用锁相环追踪探针的机械振动在ω0的相位，使用开尔文控制器施加直流电压V
dc
抵消ω0的相位周期性变化，ω0的相位周期性变化的频率为ω1，并在扫描过程中利用数据采集表读取开尔文控制器施加的直流电压V
dc
在不同空间位置处的值，获得并缓存所述半导体样品的表面电势；或者，在所述探针和所述半导体样品之间施加第二交流电压V
ac1
sinω1t，利用开尔文控制器施加直流电压V
dc
抵消ω0±
ω1的振幅信号，并在扫描过程中利用数据采集表读取开尔文控制器施加的直流电压V
dc
在不同空间位置处的值，获得并缓存所述半导体样品的表面电势。4.根据权利要求1所述的微区载流子浓度测量方法，其特征在于，在扫描过程中施加直流电压以抵消表面电势的方法为：利用数据采集表在探针和半导体样品施加缓存的直流电压V
dc
，以抵消表面电势；在扫描过程中施加调制电压，获得在所述半导体样品的不同位置处的介电力调制差的具体方法包括：在所述探针和所述半导体样品之间施加第三交流电压V
ac2
sinω2t和直流调制电压V
g
；测量
‑
V
g
下的2ω2的第一振幅信号和+V
g
下的2ω2的第二振幅信号，根据第一振幅信号和第二振幅信号的差值得到介电力调制差。5.根据权利要求1所述的微区载流子浓度测量方法，其特征在于，在扫描过程中施加直流电压以抵消表面电势的方法为：利用数据采集表在探针和半导体样品施加缓存的直流电压V
dc
，以抵消表面电势；<...
【专利技术属性】
技术研发人员：赖君奇，陈琪，陈立桅，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。