扫描探针显微镜在纳米材料表征中的应用

报道了扫描探针显微镜在纳米电子薄膜材料的形貌、晶界、晶粒形状与尺度、表面粗糙度和剖面分析中的具体应用实例,以及纳米磁性薄膜中的微磁畴、铁电材料的微电畴和半导体PN区像等电磁特殊性的可视分析应用。     

扫描探针显微镜针尖电容的测量与应用

本文基于扫描探针显微镜（SPM）建立了微区电容的低频测量系统,最小测量电容为30aF,工作频率为20～100kHz。试验测量了SPM导电针尖与金属样品之间的电容Ctip与它们之间的距离z关系曲线,并同时通过光学系统测量了针尖的关于频率的一次受力信号Fw与z的关系曲线。推导了两种测量方法所获曲线的内在关系,并获得了针尖与样品的表面势之差。并且,利用此系统测量了Al0.3Ga0.7N/GaN薄膜的微区C-V曲线,获得和宏观C-V曲线趋势一致的结果。     

PZT薄膜晶化过程的相变及铁电畴监测

采用射频磁控溅射法，在室温Pt／Ti／SiO_2／Si上制备了非晶态Pb(Zr_(0.48)Ti_(0.52))O_3(PZT)薄膜，经不同温度，相同保温时间快速退火处理使其转化为多晶PZT薄膜。用XRD，AFM测定了PZT薄膜的相组分与表面结构，并利用压电响应力显微镜(piezoresponse force microsco-py，PFM)观察了初始晶化和高度晶化样品自发极化形成的铁电畴。结果表明：PZT薄膜晶化发生在550℃，PFM可观察到自发形成的圆形铁电畴。650℃处理的样品晶化最充分并呈现出(111)择优取向，用PFM观察到该样品形成具有强烈压电信号的电畴。由此分别算得铁电相占薄膜总体积的(7.8±0.2)％和(97.3±0.2)％。PFM结合XRD，AFM的运用为寻求铁电薄膜晶化机理提供了新的途径。     

多层陶瓷电容器流延瓷膜的原子力显微镜分析

电介质资料流延膜的制作是生产多层陶瓷电容器（MLC）的关键工序，流延膜的平整度，致密性，表面形貌等是影响MLC的性能和可靠性的关键因素之一。原子力显微镜（AFM）可不经导电处理直接观察电介质瓷膜的表面微结构。AFM作为表面形貌观察手段，一般被用来分析晶粒尺寸小和表面平整的样品，一般被用来分析晶粒尺寸小和表面平整的样品，对于大晶粒和粗糙表面的成像质量并不理想。在我们以前粗糙表面的AFM成像研究的基础上，     

利用MFM研究薄膜厚度对Co60Fe20B20薄膜磁畴结构的影响

本文利用磁力显微镜(MFM)主要研究了由磁控溅射法制备的Co60Fe20B20软磁薄膜的厚度变化(2.5nm～400nm)对薄膜磁畴结构的影响.在室温下观察到垂直各向异性随薄膜厚度的增大而增大.从薄膜的表面形貌像观察到在溅射过程中薄膜温度随薄膜厚度增大而升高.当薄膜厚度小于20nm时,磁畴尺寸随薄膜厚度的增大而增大;当薄膜厚度大于20nm时,磁畴尺寸随薄膜厚度的增大而减小;厚度在20nm附近时,畴壁尺寸达到一个最小值.     

离子注入剥离铌酸锂单晶薄膜的Ar+刻蚀研究

通过高能离子注入剥离制备的铌酸锂(LNO)单晶薄膜具备优良的电光、声光等性能,在射频器件、光波导等领域需求迫切。高能离子注入使LNO单晶薄膜表面存在损伤层,导致薄膜质量和器件性能的衰减。该文提出了Ar+刻蚀去除LNO单晶薄膜损伤层的方法,基于高能离子注入仿真,采用扫描电子显微镜、原子力显微镜分析了刻蚀参数对刻蚀速率、表面形貌的影响,并确定了LNO薄膜损伤层的刻蚀工艺参数。X线衍射分析表明,通过Ar+刻蚀将LNO薄膜摇摆曲线半高宽减至接近注入前LNO单晶材料,压电力显微镜测试表明去除损伤层后的LNO单晶薄膜具备更一致的压电响应。     

金属-氧化物-半导体结构电容-电压特性的扫描非线性介电显微镜表征

扫描非线性介电显微镜(SNDM)利用非线性介电效应检测电容的变化情况,分辨率达到亚纳米量级,精度达到10-22F,主要应用于材料微区的电性能研究,目前以这项技术进行的研究主要集中在铁电材料和半导体材料方面,相关的报道也较少.本研究用扫描非线性介电显微镜对集成电路中具有n型与p型掺杂的60μm×60 μm区域进行二维表征,得到定点非线性电容与电压的关系曲线,并由积分得到对应的电容电压特性曲线,认为界面陷阱的作用是金属-氧化物-半导体非线性电容-电压特性曲线突变的影响因素.     

粗大晶粒PZT陶瓷中电畴的结构

应用扫描力显微镜(SFM)的压电响应模式观测未经抛光处理的PZT陶瓷片的电畴结构,用纵向压电响应信号和侧向压电响应信号获得PZT陶瓷材料三维电畴结构.结果表明,将样品晶粒的微形貌与SFM的纵向和侧向压电响应信号相结合,能准确表征粗大晶粒样品的三维电畴结构.用SFM可观测表面不经任何处理的陶瓷样品的电畴,不会引入表面应力等影响因素,能得到样品的原生畴结构.对原生畴结构的观察表明,对于受应力较大的晶粒,成畴的主要原因是降低应变能,而受应力较小的晶粒成畴的主要原因是降低退极化能.