Особенности измерения поверхностного распределения электрического потенциала локальным зондом на основе полевого транзистора с каналом-нанопроводом

Продемонстрирован неразрушающий метод сканирующей зондовой микроскопии для одновременного измерения топографии поверхности и распределения электрического поля (заряда, потенциала). Сканирование поверхности осуществлено с помощью зондового датчика на основе камертона: взаимодействие с поверхностью осуществляется острым краем кремниевого чипа, закрепленного на одной из ножек кварцевого резонатора (камертона). Детектирование электрических потенциалов происходило с помощью полевого транзистора с каналом нанопроводом, сформированного вблизи острого края кремниевого чипа. Из-за невысокой добротности колебательной системы сканирование стандартными алгоритмами движения зонда над поверхностью приводили к быстрому износу и даже разрушению зонда. Был использован оригинальный алгоритм сканирования, основанный на алгоритме поточечного измерения рельефа поверхности и минимизирующий время взаимодействия зонда и исследуемого объекта. При этом минимальное время нахождения зонда в каждой точке поверхности составляло 1.0–1.6 ms и определялось временем отклика полевого транзистора на изменение электрического поля (время измерения одного кадра составило 20–30 min). Пространственное разрешение метода составило 10 nm для топографии и 20 nm для полевого профиля образца при одновременном их измерении. Полевое разрешение изготовленных чипов находилось в диапазоне 2–5 mV и определялось чувствительностью нанопровода полевого транзистора и расстоянием от нанопровода до вершины зонда.