Краш тест W2C АСМ зондов показал их уникальную стабильность

26.01.2016

Хорошо известно, что результаты измерения методами сопротивления растекания или анодно-окислительной литографии сильно зависят от качества контакта между зондом и образцом. В большинстве случаев плохой контакт вызван повреждением проводящего слоя заостренного конца из-за высокой физической или электрической нагрузки. На наш взгляд, есть две основные схемы повреждения покрытия: Под высокой разностью потенциалов между поляризованным материалом на конце зонда и поверхностью образца возникает сильное притяжение. В результате проводящее покрытие «стекает» с острия. Проводящий слой стирается во время движения кантилевера в контактном режиме. Этот процесс особенно силён при высоких температурах в точке контакта зонда и образца, возникающих при больших токах и маленькой площади контакта между зондом и образцом. Новое проводящее W2C покрытие эталонных зондов сочетает в себе небольшую толщину (около 20-30 нм) и высокую устойчивость ко всем возможным негативным воздействиям, возникающим во время измерений. Чтобы это подтвердить, мы сделали специальные «краш-тесты» нескольких зондов серии HA_FM/W₂C (http://www.ntmdt-tips.com/products/view/ha-fm-w2c-1-1). Все измерения были выполнены на АСМ Solver PRO и NTEGRA Prima фирмы NT-MDT. Мы взяли HOPG в качестве образца, так как он имеет сильную электропроводность и позволяет достичь очень высоких токов в точке контакта зонд-образец с нашими стандартными напряжениями смещения Чтобы исследовать устойчивость к высоким напряжениям между образцом и кантилевером мы построили серию кривых I(V) в диапазоне -10 ... + 10 В. Каждая кривая снималась в течение 4 секунд, так что напряжение изменялось достаточно медленно. На следующих изображениях можно увидеть первую и сотую кривые:

Как видно на графиках, не было обнаружено ухудшения после снятия 100 кривых I(V) в одной и той же точке. Подобный тест проводили для сканирования в режиме сопротивления растекания. Было получено несколько сканов топографии размером 20х20 мкм с параллельной визуализацией распределения тока. В некоторых из них напряжение смещения было настолько высоко, что детектор тока работал в режиме насыщения. Это означает, что реальный ток, протекающий между зондом и образцом, был выше 10 мкА. В любом случае, ухудшения качества зондов ни в процессе этих сканирований, ни во время последующих (с более мягкими параметрами) обнаружено не было. Более того, дальнейшие сканирования продемонстрировали хороший токовый контраст, который отличался от топографии. Это подтверждает, что полученные изображения были достоверными и зонд был работоспособным. Изображение рельефа (слева) и изображение токового контраста (справа) с высоким напряжением смещения:

Изображение токового контраста той же области во время последующих сканирований. Видна непроводящая область, как во время предыдущих измерений тока. При этом распределение тока существенно отличается от изображения рельефа.

Учитывая результаты наших измерений, мы можем утверждать, что слой W2С формирует хорошо проводящее остриё, которое не изнашивается и даже может работать, в условиях высоких тока и напряжения. Мы не рекомендуем никому повторять эти эксперименты постоянно, используя зонды в критических условиях. Но мы можем в результате определенно сказать, что W2C серия проводящих кантилеверов обеспечивает стабильную и продолжительную работу при выполнении стандартных измерений.