專利名稱：薄膜厚度量測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種量測(cè)裝置，特別是一種量測(cè)薄膜厚度的量測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
近年來隨工業(yè)的發(fā)展，人類的工藝技術(shù)日異月新，薄膜厚度更已達(dá)到奈米等級(jí)。為了觀察以及測(cè)量各類極微小元件，各類量測(cè)工具紛紛問世，例如，掃描穿隧顯微儀(Scanning Tunneling Microscope)便是其中一項(xiàng)量測(cè)工具。
如圖1所示，掃描穿隧顯微儀是將探針11設(shè)置于極接近導(dǎo)電待測(cè)物12的表面，并保持一極小間隙H。此時(shí)，電子可由探針11的針尖穿隧到導(dǎo)電待測(cè)物12表面，產(chǎn)生穿隧效應(yīng)。由于電子穿隧的機(jī)率與探針11及導(dǎo)電待測(cè)物12表面的距離呈現(xiàn)一指數(shù)關(guān)系，因此探針11與導(dǎo)電待測(cè)物12表面的距離可由穿隧電流推算出。其中，掃描穿隧顯微儀受限于穿隧效應(yīng)的材質(zhì)限制，僅能量測(cè)導(dǎo)電材料，而無法量測(cè)非導(dǎo)電材料。
一般而言，掃描穿隧顯微儀以三種方法掃描待測(cè)物固定穿隧電流法、固定探針高度法以及電流密度取像法。其中，利用固定穿隧電流值的方式即可同時(shí)鎖定探針和待測(cè)物表面的間距，因此當(dāng)探針在待測(cè)物表面掃描時(shí)，為保持固定的穿隧電流值(或鎖定探針和待測(cè)物表面的間距)，探針必須隨待測(cè)物表面的起伏而調(diào)整其高度，并以探針的高度變化來反映出待測(cè)物樣品表面的形貌；另外，利用固定高度來掃描導(dǎo)電待測(cè)物表面時(shí)，待測(cè)物表面的高低變化會(huì)影響探針和待測(cè)物表面的間距，所以穿隧電流值也隨之改變，此法是直接以穿隧電流值的大小來反映出待測(cè)物樣品表面的形貌；再者，電流密度取像法保持一定的探針與樣品間的距離，并引進(jìn)偏壓調(diào)變，然后記錄不同偏壓所產(chǎn)生的穿隧電流，于量測(cè)時(shí)，將某一偏壓在掃描范圍內(nèi)各點(diǎn)的電流組合起來，即構(gòu)成電流密度分布圖，并藉以推測(cè)出待測(cè)物樣品表面的形貌。不論如何，以上三種方法僅能量測(cè)待測(cè)物表面情況，無法量測(cè)待測(cè)物的厚度。
有鑒于此，如何提供一種量測(cè)裝置，以期能夠量測(cè)非導(dǎo)電材料所構(gòu)成的薄膜的厚度，正是當(dāng)前的重要課題之一。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于上述課題，本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，提供一種能夠量測(cè)非導(dǎo)電薄膜的厚度的薄膜厚度量測(cè)裝置。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種薄膜厚度量測(cè)裝置，包含一探針、一控制單元、一承載單元、一電源供應(yīng)單元以及一偵測(cè)單元。在本發(fā)明中，控制單元控制移動(dòng)探針與薄膜待測(cè)物相接觸，承載單元用以承載薄膜待測(cè)物，電源供應(yīng)單元與探針以及承載單元電連接，且探針、薄膜待測(cè)物、承載單元以及電源供應(yīng)單元形成一回路，偵測(cè)單元量測(cè)回路的電流，其等于通過薄膜待測(cè)物的一穿隧電流。
承上所述，因依本發(fā)明的薄膜厚度量測(cè)裝置是將薄膜待測(cè)物置放于探針及承載單元間，所以薄膜待測(cè)物的厚度即為探針與承載單元間的距離，此時(shí)，再以電源供應(yīng)單元提供探針及承載單元一固定電位差，使探針及承載單元間發(fā)生穿隧效應(yīng)并產(chǎn)生一穿隧電流，因此所測(cè)得的穿隧電流大小相對(duì)反映出薄膜待測(cè)物的厚度，故利用本發(fā)明的薄膜厚度量測(cè)裝置能夠順利量測(cè)出非導(dǎo)電薄膜的厚度。


圖1為一示意圖，顯示現(xiàn)有掃描穿隧顯微鏡的作用原理；
圖2為一示意圖，顯示依本發(fā)明較佳實(shí)施例的薄膜厚度量測(cè)裝置；圖3為一示意圖，顯示依本發(fā)明另一較佳實(shí)施例的薄膜厚度量測(cè)裝置。
圖中符號(hào)說明11探針12導(dǎo)電待測(cè)物H 極小間距21薄膜待測(cè)物22探針23承載單元24電源供應(yīng)單元25偵測(cè)單元251 放大器252 電流計(jì)26控制單元27運(yùn)算單元28顯示單元31薄膜待測(cè)物311 非導(dǎo)電薄膜312 導(dǎo)電基板32探針33承載單元331 非導(dǎo)電部332 導(dǎo)電部34電源供應(yīng)單元35偵測(cè)單元351 放大器352 電流計(jì)
36控制單元37運(yùn)算單元38顯示單元具體實(shí)施方式
以下將參照相關(guān)附圖，說明依本發(fā)明較佳實(shí)施例的薄膜厚度量測(cè)裝置，其中相同的元件將以相同的參照符號(hào)加以說明。
請(qǐng)參閱圖2所示，依本發(fā)明較佳實(shí)施例的薄膜厚度量測(cè)裝置包含一探針22、一控制單元26、一承載單元23、一電源供應(yīng)單元24以及一偵測(cè)單元25。
在本實(shí)施例中，探針22可以是鎢所制成，控制單元26控制一機(jī)械手臂或一步進(jìn)器，藉以操縱探針22的位移，使探針22能與一薄膜待測(cè)物21接觸并不毀損。承載單元23可以是由銅或銀等導(dǎo)電材質(zhì)所制成的底座，其承載薄膜待測(cè)物21，并與薄膜待測(cè)物21以及電源供應(yīng)單元24電連接；另外，承載單元23亦可由非導(dǎo)電材質(zhì)如塑料所構(gòu)成，并具有一導(dǎo)電部貫穿其中，其導(dǎo)電部分別與薄膜待測(cè)物21及電源供應(yīng)單元24電連接。電源供應(yīng)單元24可以是一交流電源供應(yīng)器或一直流電源供應(yīng)器，并與探針22以及承載單元23電連接，因此探針22、薄膜待測(cè)物21、承載單元23、偵測(cè)單元25以及電源供應(yīng)單元24形成一回路。
偵測(cè)單元25量測(cè)回路的電流，為有效偵測(cè)回路的電流大小，偵測(cè)單元25包含一放大器251以及一電流計(jì)252，其中，放大器251可以是一低雜訊操作型放大器，電流計(jì)252可以是一個(gè)微電流計(jì)。
在本實(shí)施例中，薄膜厚度量測(cè)裝置可以更包含一運(yùn)算單元27以及一顯示單元28，其中，運(yùn)算單元27可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)、微處理器、機(jī)械式計(jì)算器或是具數(shù)據(jù)處理能力的計(jì)算器；顯示單元28可以是顯示器、打印裝置或是任何能夠輸出資料的儀器設(shè)備。
當(dāng)利用薄膜厚度量測(cè)裝置來量測(cè)薄膜待測(cè)物21的厚度時(shí)，由于薄膜待測(cè)物21極薄，故探針22與承載單元23間的距離極小，因此在探針22與承載單元23之間會(huì)發(fā)生穿隧效應(yīng)，并產(chǎn)生一穿隧電流，以使探針22、薄膜待測(cè)物21、承載單元23、偵測(cè)單元25以及電源供應(yīng)單元24形成一回路，偵測(cè)單元25量測(cè)回路的電流，其等于通過薄膜待測(cè)物21的穿隧電流。
在本實(shí)施例中，為有效偵測(cè)穿隧電流的大小，偵測(cè)單元25以放大器251將所偵測(cè)的穿隧電流放大，再由電流計(jì)252判斷已放大的穿隧電流。接著，運(yùn)算單元27依據(jù)電流計(jì)252所量測(cè)已放大的穿隧電流，計(jì)算出探針22與承載單元23間的距離，亦即是薄膜待測(cè)物21的厚度。最后，顯示單元28顯示運(yùn)算單元27的計(jì)算結(jié)果，故使用者可以取得薄膜待測(cè)物21的厚度。
承上所述，薄膜待測(cè)物21由非導(dǎo)電材料所構(gòu)成，另外，其亦可由一導(dǎo)電基板以及一非導(dǎo)電薄膜組合成，其中非導(dǎo)電薄膜形成于導(dǎo)電基板上。此外，薄膜待測(cè)物21亦可先置于一非電解質(zhì)流體中，再利用本發(fā)明的薄膜厚度量測(cè)裝置進(jìn)行厚度量測(cè)。
為使本發(fā)明的內(nèi)容更容易理解，以下將舉一實(shí)例，以說明使用本發(fā)明較佳實(shí)施例的薄膜厚度量測(cè)裝置的流程。
請(qǐng)參閱圖2所示，依本發(fā)明較佳實(shí)施例的薄膜厚度量測(cè)裝置將薄膜待測(cè)物21置于承載單元23之上，其中薄膜待測(cè)物21由非導(dǎo)電材料所構(gòu)成，承載單元23由導(dǎo)電材料所構(gòu)成；控制單元26操縱探針22與薄膜待測(cè)物21保持接觸。電源供應(yīng)單元24與承載單元23以及偵測(cè)單元25電連接，電源供應(yīng)單元24、偵測(cè)單元25、探針22、薄膜待測(cè)物21以及承載單元23形成一回路。
由于薄膜待測(cè)物21厚度極薄，探針22與承載單元23間的距離極小使得探針22與承載單元23之間發(fā)生穿隧效應(yīng)，并產(chǎn)生一穿隧電流。在本實(shí)施例中，為有效偵測(cè)穿隧電流的大小，偵測(cè)單元25包含一放大器251以及一電流計(jì)252，以便利用放大器251將所偵測(cè)的穿隧電流放大，再由電流計(jì)252判斷已放大的穿隧電流。接著，運(yùn)算單元27依據(jù)電流計(jì)252所量測(cè)已放大的穿隧電流，計(jì)算出探針22與承載單元23間的距離以及薄膜待測(cè)物21的厚度。最后，顯示單元28顯示運(yùn)算單元27的計(jì)算結(jié)果，亦即是薄膜待測(cè)物21的厚度。
另外，如圖3所示，在依本發(fā)明另一較佳實(shí)施例的薄膜厚度量測(cè)裝置中，其包含一探針32、一承載單元33、一控制單元36、一電源供應(yīng)單元34、一偵測(cè)單元35、一運(yùn)算單元37以及一顯示單元38，其中探針32、控制單元36、電源供應(yīng)單元34、偵測(cè)單元35、運(yùn)算單元37以及顯示單元38與前述的探針22、控制單元26、電源供應(yīng)單元24、偵測(cè)單元25、運(yùn)算單元27以及顯示單元28相同，故在此不再贅述。
與圖2所示不同的是，承載單元33主要由非導(dǎo)電材料所構(gòu)成，其具有一非導(dǎo)電部331以及一導(dǎo)電部332；在本實(shí)施例中，導(dǎo)電部332與薄膜待測(cè)物31以及電源供應(yīng)單元34電連接。于此，薄膜待測(cè)物31包含一非導(dǎo)電薄膜311以及一導(dǎo)電基板312，非導(dǎo)電薄膜311形成于導(dǎo)電基板312上，導(dǎo)電基板312與承載單元33的導(dǎo)電部332電連接，非導(dǎo)電薄膜311與探針32相接。
在本實(shí)施例中，控制單元36操縱移動(dòng)探針32與非導(dǎo)電薄膜311保持接觸。電源供應(yīng)單元34與承載單元33的導(dǎo)電部332以及偵測(cè)單元35電連接，此時(shí)，電源供應(yīng)單元34、偵測(cè)單元35、探針32、非導(dǎo)電薄膜311、導(dǎo)電基板312以及承載單元33的導(dǎo)電部332會(huì)形成一回路。
由于非導(dǎo)電薄膜311厚度極薄，所以探針32與導(dǎo)電基板312間的距離極小，使得探針32與導(dǎo)電基板312之間發(fā)生穿隧效應(yīng)，并產(chǎn)生一穿隧電流。為有效偵測(cè)穿隧電流的大小，偵測(cè)單元35包含一放大器351以及一電流計(jì)352，以便利用放大器351將所偵測(cè)的穿隧電流放大，再由電流計(jì)352判斷已放大的穿隧電流。接著，運(yùn)算單元37依據(jù)電流計(jì)352所量測(cè)已放大的穿隧電流，計(jì)算探針32與導(dǎo)電基板312間的距離以及非導(dǎo)電薄膜311的厚度。最后，顯示單元38顯示運(yùn)算單元37的計(jì)算結(jié)果，亦即是非導(dǎo)電薄膜311的厚度。
綜上所述，因依本發(fā)明的薄膜厚度量測(cè)裝置將薄膜待測(cè)物置放于探針及承載單元間，所以薄膜待測(cè)物的厚度即為探針與承載單元間的距離，此時(shí)，再以電源供應(yīng)單元提供探針及承載單元一固定電位差，使探針及承載單元間發(fā)生穿隧效應(yīng)并產(chǎn)生一穿隧電流，因此所測(cè)得的穿隧電流大小相對(duì)反映出薄膜待測(cè)物的厚度，故利用本發(fā)明的薄膜厚度量測(cè)裝置能夠順利量測(cè)出非導(dǎo)電薄膜的厚度。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性。任何未脫離本發(fā)明的精神與范疇，而對(duì)其進(jìn)行的等效修改或變更，均應(yīng)包含于權(quán)利要求書的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種薄膜厚度量測(cè)裝置，用以測(cè)量一薄膜待測(cè)物的厚度，其特征在于，包含一探針；一控制單元，其控制移動(dòng)該探針與該薄膜待測(cè)物相接觸；一承載單元，其用以承載該薄膜待測(cè)物；一電源供應(yīng)單元，其與該探針以及該承載單元電連接，其中該探針、該薄膜待測(cè)物、該承載單元以及該電源供應(yīng)單元形成一回路；以及一偵測(cè)單元，其量測(cè)該回路的電流，其等于通過該薄膜待測(cè)物的一穿隧電流。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜厚度量測(cè)裝置，其中，該薄膜待測(cè)物由非導(dǎo)電材料所構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的薄膜厚度量測(cè)裝置，其中，該薄膜待測(cè)物包含一導(dǎo)電基板；以及一非導(dǎo)電薄膜，其形成于該導(dǎo)電基板上，其中該導(dǎo)電基板與該承載單元連接，該非導(dǎo)電薄膜與該探針連接。
4.如權(quán)利要求1所述的薄膜厚度量測(cè)裝置，其中，該薄膜待測(cè)物置于一非電解質(zhì)流體中。
5.如權(quán)利要求1所述的薄膜厚度量測(cè)裝置，其中，該承載單元由導(dǎo)電材料所構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1所述的薄膜厚度量測(cè)裝置，其中，該承載單元由非導(dǎo)電材料所構(gòu)成，且具有一導(dǎo)電部，該導(dǎo)電部分別與該薄膜待測(cè)物以及該電源供應(yīng)單元電連接。
7.如權(quán)利要求1所述的薄膜厚度量測(cè)裝置，其中，該電源供應(yīng)單元提供該承載單元與該探針間的一固定電位差。
8.如權(quán)利要求1所述的薄膜厚度量測(cè)裝置，其中，該偵測(cè)單元包含一放大器以及一電流計(jì)。
9.如權(quán)利要求1所述的薄膜厚度量測(cè)裝置，其中，更包含一運(yùn)算單元，其依據(jù)該穿隧電流計(jì)算出該薄膜待測(cè)物的厚度。
10.如權(quán)利要求9所述的薄膜厚度量測(cè)裝置，其中，更包含一顯示單元，其顯示該薄膜待測(cè)物的厚度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種薄膜厚度量測(cè)裝置，用以測(cè)量一薄膜待測(cè)物的厚度，其包含一探針、一控制單元、一承載單元、一電源供應(yīng)單元以及一偵測(cè)單元。其中，控制單元控制移動(dòng)探針與薄膜待測(cè)物相接觸，承載單元用以承載薄膜待測(cè)物，電源供應(yīng)單元與探針以及承載單元電連接，且探針、薄膜待測(cè)物、承載單元以及電源供應(yīng)單元形成一回路，而偵測(cè)單元量測(cè)回路的電流，亦即是通過薄膜待測(cè)物的一穿隧電流。
文檔編號(hào)G01B7/02GK1743791SQ200410068359
公開日2006年3月8日 申請(qǐng)日期2004年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月31日
發(fā)明者謝國(guó)卿 申請(qǐng)人:精碟科技股份有限公司