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.
Abb. 1: Leitfähiger, selbstmessender Cantilever mit kleiner, leitfähiger Platinspitze (< 20 nm Radius)
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.
