Kraftmikroskopie als Werkzeug zur Charakterisierung elektrischer Oberflächeneigenschaften

Force microscopy as tool for the characterization of electrical surface properties

  • Die stetig fortschreitende Miniaturisierung in der Halbleiterindustrie macht es notwendig, Oberflächenparameter mit Auflösung im Nanometerbereich zu messen und auch abzubilden. Von größtem Interesse sind hierbei das Oberflächenpotential und die Kapazität der oberflächennahen Bereiche, da diese Aussagen über die elektronische Struktur erlauben. Hierbei muss großes Augenmerk auf die Möglichkeit der zerstörungsfreien und präparationsarmen Messung gelegt werden, da jede Behandlung der zu untersuchenden Materialien deren Oberflächeneigenschaften ändert. Im Rahmen dieser Arbeit wurden auf der Atomkraftmikroskopie basierende Methoden sowohl experimentell als auch mit Hilfe von Simulationen auf ihre Anwendbarkeit für die Untersuchung von Halbleiteroberflächen evaluiert. Es stellt sich heraus, dass die kontaktfreien Methoden „Scanning Kelvin Probe Microscopy“ und „Scanning Capacitance Microscopy“ sehr gut geeignet sind, um die elektronische Struktur der Probenoberfläche qualitativ zu beurteilen. Allerdings muss für quantitative Aussagen einDie stetig fortschreitende Miniaturisierung in der Halbleiterindustrie macht es notwendig, Oberflächenparameter mit Auflösung im Nanometerbereich zu messen und auch abzubilden. Von größtem Interesse sind hierbei das Oberflächenpotential und die Kapazität der oberflächennahen Bereiche, da diese Aussagen über die elektronische Struktur erlauben. Hierbei muss großes Augenmerk auf die Möglichkeit der zerstörungsfreien und präparationsarmen Messung gelegt werden, da jede Behandlung der zu untersuchenden Materialien deren Oberflächeneigenschaften ändert. Im Rahmen dieser Arbeit wurden auf der Atomkraftmikroskopie basierende Methoden sowohl experimentell als auch mit Hilfe von Simulationen auf ihre Anwendbarkeit für die Untersuchung von Halbleiteroberflächen evaluiert. Es stellt sich heraus, dass die kontaktfreien Methoden „Scanning Kelvin Probe Microscopy“ und „Scanning Capacitance Microscopy“ sehr gut geeignet sind, um die elektronische Struktur der Probenoberfläche qualitativ zu beurteilen. Allerdings muss für quantitative Aussagen ein recht großer rechentechnischer Aufwand betrieben werden.show moreshow less
  • The still ongoing trend of miniaturization in the semiconductor industry creates the demand for experimental methods allowing a mapping of certain properties of surfaces with resolution in the nanometre range. Matters of particular interest are the surface potential and the capacitance of near surface regions, since these parameters give access to electronic properties. However, of major interest are non-destructive experimental methods, especially these with minor requirements on sample preparation allowing investigations of pristine surfaces. In this study, atomic force microscopy-based methods are evaluated both experimentally and with the help of simulations for their applicability to the investigation of semiconductor surfaces. It turns out that the non-contact methods, "Scanning Kelvin Probe Microscopy" and "Scanning Capacitance Microscopy" are very well suited to estimate the electronic structure of the sample surface qualitatively. However, for a quantitative assessment a fairly large effort of computing has to be carried out.The still ongoing trend of miniaturization in the semiconductor industry creates the demand for experimental methods allowing a mapping of certain properties of surfaces with resolution in the nanometre range. Matters of particular interest are the surface potential and the capacitance of near surface regions, since these parameters give access to electronic properties. However, of major interest are non-destructive experimental methods, especially these with minor requirements on sample preparation allowing investigations of pristine surfaces. In this study, atomic force microscopy-based methods are evaluated both experimentally and with the help of simulations for their applicability to the investigation of semiconductor surfaces. It turns out that the non-contact methods, "Scanning Kelvin Probe Microscopy" and "Scanning Capacitance Microscopy" are very well suited to estimate the electronic structure of the sample surface qualitatively. However, for a quantitative assessment a fairly large effort of computing has to be carried out.show moreshow less

Download full text files

Export metadata

Additional Services

Share in Twitter Search Google Scholar
Metadaten
Author: Markus Ratzke
URN:urn:nbn:de:kobv:co1-opus-24440
Referee / Advisor:Prof. Dr. Jürgen Reif
Document Type:Doctoral thesis
Language:German
Year of Completion:2012
Date of final exam:2011/11/07
Release Date:2012/05/02
Tag:Atomkraftmikroskopie; Scanning Capacitance Microscopy; Scanning Kelvin Probe Microscopy; Silizium
Atomic force microscopy; Scanning Capacitance Microscopy; Scanning Kelvin Probe Microscopy; Silicon
GND Keyword:Halbleiteroberfläche; Kraftmikroskopie
Institutes:Fakultät 1 MINT - Mathematik, Informatik, Physik, Elektro- und Informationstechnik / FG Experimentalphysik und funktionale Materialien
Institution name at the time of publication:Fakultät für Mathematik, Naturwissenschaften und Informatik (eBTU) / LS Experimentalphysik / Materialwissenschaften