Hochauflösende Leitfähigkeitsmessungen mittels In-situ-AFM- und REM-Analyse –
das AFSEM

Die Untersuchung der elektrischen Leit­­fähigkeit von Probenoberflächen gehört seit vielen Jahren zu den Stan­dard­messmodi eines Raster­kraft­mi­­kro­skops (con­ductive AFM oder C-AFM). Ein limitierender Faktor hier­bei war immer der größere Spit­zen­radius der speziell beschichteten, leitfä­higen Cantileverspitzen (20 - 30 nm Ra­dius) im Vergleich zu norma­len, un­be­schichteten Spitzen (< 10 nm). Daraus resultiert eine deutlich schlechtere laterale Auflösung sowohl im To­pographie- als auch im Leit­­fähig­keitssignal des AFM. 

Unser Lie­ferant GETec beschreitet hier einen neuen Weg, bei dem selbstmessende und leitfähige Cantilever verwendet werden, die sich im Aufbau von klassischen Cantilevern unterscheiden.

Abbildung 1 zeigt exemplarisch einen Cantilever mit einer im FEBIP (focused electron beam induced pro­cessing)-Verfahren aufgebrachten Pla­tin­spitze, die typischerweise einen Radius von < 20 nm aufweist. Man erkennt die Spitze in der Vergrößerung des Bildes als kleine hochaufragende Nadel. Bei diesem Prozess wird ein nanogranularer Film aus Platinnanopartikeln, die  in einer Kohlenstoffmatrix (Pt(C)-Film) eingebettet sind, mittels des REM-Elektronenstrahls modifiziert. Dabei wird der Kohlenstoff durch den Sauerstoff, der sich im Restwasser auf der Oberfläche befindet, oxi­diert und aus der Matrix herausgelöst. Dadurch wird die Matrix kompakter und der Abstand der metallischen Nanopartikel kürzer. Ebenso verändert der verbleibende Kohlenstoff seine Struktur hin zu einer leitfähigen, graphitartigen Struktur. 

Diese beiden Vorgänge (Verkürzung des Abstandes der Pt-Partikel und Änderung der Kohlenstoffstruktur) erhöhen signifikant die Leitfähigkeit des gesamten Pt(C)-Films. Diese Leitfähigkeitsvergrößerung kann dabei äußerst elegant direkt im REM über das AFSEM verfolgt und kontrolliert werden. Da der gesamte Prozess im Vakuum des REM durchgeführt wird, können Kontami­nationen nahezu ausgeschlossen werden. Zum Ab­schluss wird die mittels FEBIP erzeugte Platinspitze noch über Gold­lei­terbahnen mit dem Strom­verstärker verbunden. 

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