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SMM (走査型マイクロ波顕微鏡法) |
見えないものが見えてくる多彩なイメージング機能 |
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AgilentのSMM(走査型マイクロ波顕微鏡法： Scanning Microwave Microscope)モードは、マイクロ波ネットワーク・アナライザ(PNA)の幅広い電気測定機能と、原子間力顕微鏡(AFM)の優れた空間分解能とを組み合わせたものです。
SMMモードは、従来のSCM(走査型キャパシタンス顕微鏡)法よりも性能が優れています。 アプリケーションの汎用性も高くなり、業界最高の感度とダイナミックレンジを実現します。 |
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| ◆主な特長 |
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・優れた空間分解能と電気分解能を実現
・業界最高の感度とダイナミックレンジ
・複素インピーダンス(抵抗とリアクタンス)、校正キャパシタンス、校正ドーパント濃度、
トポグラフィなどの測定が可能
・全半導体に対応： Si、Ge、Ⅲ-Ⅴ族(GeAs、InAs、GaNなど)、Ⅱ-Ⅳ族(CdTe、ZnSeなど)
・金属、半導体、誘電体、強誘電物質、絶縁体、生体サンプルなどへの幅広い応用が可能
・複数の周波数で作動 (6GHzまで可変)
・酸化膜が不要 |
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| SMMの構成 |
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| 測定モード |
S11(キャパシタンス)、 dC/dV (要MACⅢ) |
| 周波数 |
2 GHz ～ 6 GHz |
| キャパシタンス |
1.2 aF |
| ダイナミックレンジ |
1014 atoms/cm3 ～ 1020 atoms/cm3 |
| 空間分解能 |
2 nm 以下 (プローブにより異なります) |
| カンチレバー |
固体金属プローブ |
| スキャンレンジ |
X-Y軸： 90µm×90µm 以上、 Z軸： 8µm 以上 |
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| ◆原理 |
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SMMは、プローブ－試料間のインピーダンスを、ネットワーク・アナライザ(PNA)を用いて2次元可視化する新しいイメージング法です。 PNAから試料表面に数GHzのマイクロ波を照射し、同時に入射波と反射波を測定します。 マイクロ波の複素反射係数(Γ)は下記の関係式から求められますので、入射波(Vincident)、反射波(Vreflected)を求めることで、試料のインピーダンス(ZL)を算出できます。 |
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複素反射係数(Γ)の最大感度は、試料のインピーダンス(ZL)が伝送線の特性インピーダンス(Z0、通常は50Ω)と一致する共振で得られます。 この共振の近傍で測定した複素反射係数は、接触点における試料のインピーダンスと直接相関します。 わずかに異なるインピーダンス信号の小さな変化はバックグラウンドと分離され、結果として極めて高い感度が得られます。 抵抗の変動を無視できる場合には、測定されたインピーダンス信号は試料のキャパシタンスの変化を示します。 校正を行えば、表面トポグラフィと共にキャパシタンスの値が得られます。 |
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| 入射波、 反射波、 透過波 |
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| 反射率 (反射波/入射波) |
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透過率 (透過波/入射波) |
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| SMM用ノーズコーン |
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| 形状像 |
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キャパシタンス像 |
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dC/dV像 |
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| SRAMのSMMイメージ |
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| キャパシタンス像およびdC/dV像では、ドープされた p-well と n-well の交替がはっきりと示されています。 |
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| 形状像 |
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→
拡大 |
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| dC/dV像 |
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→
拡大 |
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SRAMのSMMイメージ |
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青枠 の部分の n-well |
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D画像上の矢印(↓)に示される通り、幅10～20nmの微細な線構造が観察されています。 |
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| 形状像 |
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キャパシタンス像 |
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dC/dV像 |
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| ドーピングしたSiGeデバイスのSMMイメージ |
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| キャパシタンス像およびdC/dV像では、形状像では見られないドーパント構造が観察されています。 |
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形状像 |
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インピーダンス像 |
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| InGaP/GaAsヘテロ結合バイポーラトランジスタのSMMイメージ |
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インピーダンス像では、複数のドーピングレベルを持つ
エミッタからサブコレクタまでの領域が明瞭に観察されています。
(W. Han、 試料提供： T. Low) |
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形状像 |
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インピーダンス像 |
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| 金基板上で乾燥させたバクテリア(geobacter sulfurreducens)のSMMイメージ |
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SMMは、試料表面の酸化膜が不要のため、幅広いアプリケーションで利用できます。
(試料提供： アリゾナ州立大学 N. Hansmeier、T. Chau、R. Ros、S. Lindsay) |
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