C-AFM 导电原子力显微镜
C-AFM(Conductive Atomic Force Microscopy)导电原子力显微镜是以原子力显微镜(AFM, Atomic Force Microscope)为基础,结合导电探针与偏压施加机制,实现表面形貌与局部电流讯号同步量测的高解析电性分析技术。
AFM 由 IBM 苏黎世研究中心的 Gerd Binnig 与史丹佛大学 Calvin Quate 于 1985 年发明,主要目的在于让非导体样品亦能进行扫描探针显微观测。与扫描穿隧显微镜不同,AFM 侦测的是探针与样品原子间的凡得瓦力,因此可应用于导体、半导体与绝缘体等各类型材料,C-AFM 则进一步在接触模式下于针尖或样品施加偏压,使探针在扫描表面时同步量测每一接触点的电流分布,从而在纳米尺度下精准定位电性异常区域。
在 AFM 扫描过程中,探针针尖原子与样品表面原子间的作用力会导致悬臂产生微小偏折,系统透过光学侦测悬臂变化,建立表面 Topography。
C-AFM 在此基础上:
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于针尖或样品施加 DC 偏压(例如 −10V 至 +10V)
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量测各扫描点的电流讯号
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透过放大器与滤波系统提高讯号灵敏度
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同步建立电流分布图(Current Map)
C-AFM 特别适用于半导体制程与元件失效分析中的局部电性问题,包括 Contact / Via 阻值偏高、接触不良或局部导通异常、接面漏电、闸极氧化层漏电、介电层缺陷,透过 Topography 与 Current Map 的对照,可直接比对结构与电性差异,精准锁定问题区域。
除影像分析外,C-AFM 可针对指定点位进行电压-电流(I-V)曲线量测,比较不同区域之电性行为,透过 I-V 曲线可判断:
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欧姆接触或萧特基接触特性
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接触窗类型(P+ / N+ / Poly contact)
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漏电导通机制
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氧化层穿隧或崩溃行为
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图|C-AFM 可同时得到表面形貌图与电流强度讯号 (a) Topography、(b) Current with +1V bias、(c)Current with -1V bias -
图|C-AFM 针对 (A, B, C, D) 四点所量测出来的电压-电流曲线