本發(fā)明屬于掃描探針顯微學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高速掃描隧穿顯微鏡測(cè)絕緣樣品膜厚形貌缺陷的方法。

背景技術(shù)：

掃描隧道顯微鏡系統(tǒng)(stm)不能測(cè)試絕緣樣品，自始至終束縛著stm的應(yīng)用范圍。

沒有哪種材料是絕對(duì)絕緣的，絕緣是相對(duì)的說(shuō)法。絕緣樣品都屬于電介質(zhì)，電介質(zhì)也都是絕緣的，而且有更多的物理參量和計(jì)算方法對(duì)電介質(zhì)進(jìn)行描述、計(jì)算和測(cè)量。因此，本發(fā)明中將用電介質(zhì)替代為絕緣體進(jìn)行描述。本發(fā)明的名稱中為了便于理解，繼續(xù)使用絕緣一詞。

目前，測(cè)量電介質(zhì)樣品的方法有：

(1)降低電介質(zhì)樣品的厚度，以降低樣品的電阻或者說(shuō)是降低樣品的勢(shì)壘的寬度來(lái)增大隧穿系數(shù)。這種方法目前較廣泛使用，也取得了巨大成果。如文獻(xiàn)(naturematerials,2014,13(2):184-189)中所述的對(duì)雙原子層nacl樣品及其上不同狀態(tài)h2o分子的表征。但缺點(diǎn)是電介質(zhì)樣品薄到一定程度后，阻值降低或者是由于納米尺寸效應(yīng)，電介質(zhì)樣品的物性可能會(huì)發(fā)生改變，與塊材的電介質(zhì)樣品的物性不同，不能完全用來(lái)表征塊材的特性。

(2)在絕緣樣品表面噴金膜來(lái)間接表征絕緣樣品表面形貌。如文獻(xiàn)(actabiochimicaetbiophysicasinica2003,35(10):952-955)中所述的對(duì)藻膽體的研究。但是該方法應(yīng)用領(lǐng)域很受限，并不是所有電介質(zhì)樣品都適合噴金處理，而且該方法測(cè)量精度不高。

(3)超薄水膜法。在文獻(xiàn)《基于超薄水膜的橫向?qū)щ娦詫?shí)現(xiàn)的絕緣體和生物樣品的stm圖像》(r.guckenbergeretal.,science266,1538(1994))中記載了潮濕空氣法測(cè)生物電介質(zhì)樣品，在超薄水膜下表征了dna的形貌。該方法雖然也獲得成功，但受到同行質(zhì)疑，目前幾乎已經(jīng)銷聲匿跡。導(dǎo)致該方法并沒有得到更深入的總結(jié)，方法不完善，也沒有實(shí)質(zhì)發(fā)展。

另外一個(gè)嚴(yán)重的問題是：目前檢測(cè)材料表面形貌的設(shè)備很多，如afm、stm、sem、tem等，但是對(duì)于納米薄膜體內(nèi)及薄膜與導(dǎo)電基底界面處的缺陷，如雜質(zhì)、氣泡等信息，尚無(wú)能為力。

為了解決利用stm測(cè)試電介質(zhì)樣品、電介質(zhì)膜內(nèi)與界面處缺陷難以檢測(cè)的兩類難題，在項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)為：11304082的國(guó)家自然科學(xué)基金“超快速掃描隧道顯微鏡的改進(jìn)與應(yīng)用”的支持下，本發(fā)明提出了一種掃描隧道顯微鏡測(cè)絕緣樣品的高速掃描法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供了一種高速掃描隧穿顯微鏡測(cè)絕緣樣品膜厚形貌缺陷的方法。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案，一種高速掃描隧穿顯微鏡測(cè)絕緣樣品膜厚形貌缺陷的方法，包括恒高模式掃描隧道顯微鏡系統(tǒng)、電介質(zhì)樣品及該電介質(zhì)樣品的導(dǎo)電電極，其特征在于：所述的導(dǎo)電探針與電介質(zhì)樣品間的相對(duì)掃描速度v≥2.26×10¹⁰ir(h+d)/(ubεrr)，恒高模式掃描隧道顯微鏡系統(tǒng)的前置放大電路帶寬fb≥1.13×10⁹ir(h+d)/(ubεrr²)，該電介質(zhì)樣品的膜厚、表面形貌、膜內(nèi)損傷及電介質(zhì)樣品與導(dǎo)電電極間界面的結(jié)合特性能夠被探測(cè)出來(lái)，其中ir為恒高模式掃描隧道顯微鏡系統(tǒng)前置放大電路的最小可識(shí)別電流，h為電介質(zhì)樣品表面的起伏高度，且以電介質(zhì)樣品表面的起伏為正、電介質(zhì)樣品內(nèi)部的起伏為負(fù)，d為除去電介質(zhì)樣品表面起伏后的本底厚度，ub為所述恒高模式掃描隧道顯微鏡系統(tǒng)的偏置電壓，εr為電介質(zhì)樣品的相對(duì)介電常數(shù)，r為導(dǎo)電探針和電介質(zhì)樣品信息的橫向曲率半徑。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述導(dǎo)電探針與電介質(zhì)樣品間的相對(duì)掃描速度v通過(guò)調(diào)節(jié)stm的幀速f幀、慢軸像素點(diǎn)數(shù)p慢和快軸掃描幅度a快來(lái)實(shí)現(xiàn)，v＝4×f幀×p慢×a快，其中fb、ir與ub通過(guò)查看stm的說(shuō)明書選取合適的stm前置放大電路得到，h、d、r與εr值進(jìn)行人為設(shè)定或預(yù)判得到。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述導(dǎo)電探針與電介質(zhì)樣品間的相對(duì)掃描速度v通過(guò)調(diào)節(jié)stm的快軸頻率f快和快軸掃描幅度a快來(lái)實(shí)現(xiàn)，v＝2×f快×a快，其中fb通過(guò)設(shè)置自制stm前置放大電路的反饋電阻rf與反饋電容cf得到，fb＝0.2×(2πrfcf)^-1。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述電介質(zhì)樣品是10nm本底厚度、10nm起伏、20nm橫向起伏半徑及相對(duì)介電常數(shù)εr≥100的薄膜，或電介質(zhì)樣品是30nm本底厚度、20nm橫向起伏半徑、膜內(nèi)導(dǎo)電雜質(zhì)在導(dǎo)電探針與導(dǎo)電電極連線方向上的最大長(zhǎng)度為10nm且電介質(zhì)樣品的相對(duì)介電常數(shù)εr≥100時(shí)，用函數(shù)發(fā)生器輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并通過(guò)高壓放大器調(diào)節(jié)、使得輸出電壓幅度不小于100伏峰峰值、頻率不小于15赫茲；快軸掃描器選擇厚度≤0.5mm、外徑≤10mm、長(zhǎng)度≥30mm且壓電應(yīng)變常數(shù)的壓電管；選擇帶寬≥75hz、最小可識(shí)別電流ir≤0.1pa的stm前置放大電路，最終能夠測(cè)量出該電介質(zhì)樣品的表面形貌、膜厚、膜內(nèi)損傷、電介質(zhì)樣品與導(dǎo)電電極間界面結(jié)合的特性。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述電介質(zhì)樣品與導(dǎo)電針尖之間設(shè)置有氣態(tài)電介質(zhì)，該氣態(tài)電介質(zhì)為真空、大氣、氮?dú)饣蜓鯕狻?/p>

進(jìn)一步優(yōu)選，所述電介質(zhì)樣品與導(dǎo)電針尖之間設(shè)置有介電常數(shù)小于電介質(zhì)樣品的介電常數(shù)的液態(tài)電介質(zhì)，該液態(tài)電介質(zhì)為水、甘油或乙醇。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述恒高模式掃描隧道顯微鏡系統(tǒng)中的快軸掃描器為音叉諧振器或微懸臂梁結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明能夠方便快捷地利用恒高式高速掃描隧穿顯微鏡實(shí)現(xiàn)了絕緣樣品表面形貌、膜厚、膜內(nèi)損傷、電介質(zhì)樣品與導(dǎo)電電極間界面的結(jié)合特性的測(cè)試。

附圖說(shuō)明

圖1是恒高模式針尖與樣品之間實(shí)現(xiàn)交變電容器的原理結(jié)構(gòu)圖；

圖2是stm式交變電流源及測(cè)試原理圖；

圖3是電介質(zhì)樣品兩面均有較大起伏時(shí)的c(t)原理圖；

圖4是電介質(zhì)樣品膜內(nèi)存在電介質(zhì)雜質(zhì)、位錯(cuò)、導(dǎo)體雜質(zhì)的原理圖。

圖中：1、導(dǎo)電探針，2、電介質(zhì)樣品，3、導(dǎo)電電極，4、stm前置放大電路，5、輔助電介質(zhì)，6、膜內(nèi)電介質(zhì)雜質(zhì)，7、位錯(cuò)，8、膜內(nèi)導(dǎo)體雜質(zhì)，9、界面處氣泡。

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但不應(yīng)該將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。

該測(cè)試方法所依據(jù)的基本原理為：

(1)電容器c的隔直流通交流信號(hào)特性；

(2)stm的導(dǎo)電探針1為導(dǎo)體，在電介質(zhì)樣品2背面設(shè)置導(dǎo)電電極3時(shí)，則形成平行班電容器結(jié)構(gòu)，如圖1所示。目前已經(jīng)有大量文獻(xiàn)分析了隧道結(jié)的電容值，雖然所得到的結(jié)果大小不一、且理論不同，但多數(shù)集中于ff量級(jí)。比如文獻(xiàn)(j.appl.phys.,vol.83,no.12,15june1998)中提到隨著針尖曲率半徑從30nm增大到4000nm，其測(cè)量到的電容值在0.5ff左右。

(3)stm工作時(shí)導(dǎo)電探針1的針尖將位于電介質(zhì)樣品2表面的不同位置。電介質(zhì)樣品2表面的高低起伏使得在導(dǎo)電探針1與導(dǎo)電電極3之間就形成了一個(gè)交變電容器c(t)的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

(4)當(dāng)在導(dǎo)電探針1與導(dǎo)電電極3之間施加直流偏壓ub時(shí)，ub/z(t)＝i(t)，即形成了交變的電流源。直流電壓ub施加在交變電容值c(t)上產(chǎn)生的效果i(t)＝ub/zc(t)與交變電壓ub(t)施加在恒定電容值c0上產(chǎn)生的效果i(t)＝ub(t)/zc相同，可類比等效分析。

(5)通過(guò)stm的前置放大電路、以虛短的方式將ub施加在導(dǎo)電電極3上，利用基爾霍夫定律即集成運(yùn)放放大器的立項(xiàng)特性可得：該stm前放在原理又等效于一個(gè)高通濾波電路。因此，當(dāng)掃描器高速掃描時(shí)，交變電容c(t)的容抗zc(t)降低、stm前置放大電路4的輸入電流i(t)隨之變大。當(dāng)i(t)超過(guò)stm前置放大電路4的電流分辨率ir時(shí)，電介質(zhì)樣品的表面結(jié)構(gòu)信息可被表征出來(lái)。

大樣品上較少的、不規(guī)則的起伏信息，可以類比為為數(shù)不多的、不規(guī)則脈沖電壓信號(hào)施加在恒定值的電容器上。實(shí)現(xiàn)分辨樣品表面信息時(shí)：最低的要求是：只分辨出最強(qiáng)的信號(hào)。

最好的情況是：既能分辨最強(qiáng)的信號(hào)、也能夠分辨最弱的信號(hào)、且最強(qiáng)與最弱之間分辨的比較明顯。

快速stm具體需要多大的速度要考慮到stm前放的隧穿電流分辨能力ir。本發(fā)明以便于高速掃描的恒高stm模式為例進(jìn)行分析，計(jì)算需要的最小速度。

(1)如附圖1所示，首先，為了算出高速掃描需要的最小速度，本發(fā)明需要先計(jì)算出掃描時(shí)的最大電容值。為此假定，掃描時(shí)：

a、導(dǎo)電探針的針尖與電介質(zhì)樣品的間距盡可能小，即d1→0。

b、針尖曲率半徑與電介質(zhì)樣品凸起的曲率半徑相同，均為r，切針尖與電介質(zhì)樣品的正對(duì)角度大約為120°。面積相等時(shí)，能兼顧電容器極板的面積更大與stm的分辨率更高、且便于計(jì)算，是最佳的選擇。比如針尖上只有一個(gè)原子、而樣品是原子級(jí)平整的表面。

此時(shí)，h＝0.5r，正對(duì)面積s＝2εrh＝εr²。因?yàn)殡娙萜鞯娜葜礳隨d的增大而急劇減小，因此只需考慮考慮針尖正對(duì)區(qū)域的樣品，并不影響分析結(jié)果。

c、電介質(zhì)樣品表面的起伏信息均勻，且每個(gè)起伏的間距為4r，如圖1所示。那么當(dāng)針尖相對(duì)樣品的掃描速度為v時(shí)，產(chǎn)生的頻率將是f＝v/4r。

對(duì)于常用的高真空或大氣模式的stm，任何凝聚態(tài)電介質(zhì)樣品的介電常數(shù)都將大于真空或大氣的介電常數(shù)。即使對(duì)于電化學(xué)stm的電介質(zhì)水，也可以容易地找到比水的介電常數(shù)更大的電介質(zhì)。此時(shí)，最大電容值將出現(xiàn)在樣品表面的凸起處，樣品表面凹陷處的電容值最小。

那么：最大電容值

cmax凸＝εs/(d+h)＝επr²/(d+h)

由此產(chǎn)生的容抗為

zcmax＝1/(2πfcmax凸)＝0.2(d+h)/(vεr)

(2)假定stm前放的最小可識(shí)別電流為ir，那么

ub/zcmax≥ir→v≥2.26×10¹⁰ir(d+h)/ubεrr

其中真空介電常數(shù)ε0＝8.85×10^-12f/m，εr為電介質(zhì)樣品的相對(duì)介電常數(shù)。

舉例說(shuō)明：假設(shè)電介質(zhì)樣品所加偏置電壓ub為2.5v、stm前放的最小可分辨電流ir為0.25pa，那么需要最小速度

vmin＝2.26×10^-3(d+h)/εrr

由此可知，相對(duì)介電常數(shù)εr越大，需要的掃描速度越低。目前已知的εr最大的電介質(zhì)材料為ccto系列陶瓷εr＝10000量級(jí)，此時(shí)：

vmin＝2.26×10^-7(d+h)/r

假定針尖上只有一個(gè)原子，電介質(zhì)樣品有5個(gè)原子層厚度、表面是原子級(jí)平整，那么大約有(d+h)＝10r。此時(shí)：

vmin＝2.26×10^-6(m/s)＝2.26(um/s)

2.26微米/秒是一個(gè)比較容易實(shí)現(xiàn)的速度。能達(dá)到該速度的掃描器也很多，將利用stm測(cè)量電介質(zhì)樣品變?yōu)榭赡?。但是該速度下?/p>

(a)想要的分辨率越高，即r越小時(shí)，則(d+h)也要越小，即電介質(zhì)樣品的本底厚度與起伏都要很小。類似于在測(cè)量單原子層或幾個(gè)原子層厚度的電介質(zhì)樣品一樣，已經(jīng)有很多文獻(xiàn)報(bào)道了。

(b)反之，如果電介質(zhì)樣品的厚度更大，那么該掃描速度就很難保證分辨率了。

(c)進(jìn)一步，當(dāng)速度比該速度更大時(shí)，則可以測(cè)量更厚的電介質(zhì)樣品。以此類推，用高速stm測(cè)出更厚的電介質(zhì)樣品表面信息。

文獻(xiàn)《打破原子力顯微鏡的速度限制》(nanotechnology18(2007)044030)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明目前掃描探針顯微鏡的掃描器在接觸模式下的掃描速度已經(jīng)可以達(dá)到400nm×200khz＝8cm/s。而且該高速afm的成功，為高速stm的成功提供了很好技術(shù)基礎(chǔ)。該提高速度的方法被用到stm上之后，將可以解決測(cè)量絕緣樣品的問題。

(3)stm前放的最低帶寬問題。電介質(zhì)樣品表面一個(gè)起伏就是一個(gè)周期，所以，按照現(xiàn)有的信號(hào)分析理論，stm前放的最低帶寬fbmin＝vmin/4r＝5.65×10⁹ir(d+h)/ubεrr²。由此可知，想要達(dá)到更高的分辨率越高，stm前放的帶寬也要越高。結(jié)合到stm中，帶寬可以再放寬至現(xiàn)有帶寬的1/5，即fbmin＝vmin/20r＝1.13×10⁹ir(d+h)/ubεrr²。當(dāng)vmin＝2.26(um/s)時(shí)，

a、想要達(dá)到r＝10nm的橫向分辨率時(shí)，fbmin＝vmin/20r＝11.3hz。對(duì)于0.25pa電流識(shí)別能力的stm前放來(lái)說(shuō)，這個(gè)帶寬不難實(shí)現(xiàn)。

b、想要達(dá)到r＝0.1nm的橫向分辨率時(shí)，即原子分辨率，那么fbmin＝vmin/20r＝1.13khz。這對(duì)于0.25pa電流識(shí)別能力的stm前放來(lái)說(shuō)，難度就比較大了，非精心設(shè)計(jì)的stm前放是難以達(dá)到的。更害怕有人為了降低噪音而刻意引入反饋電容來(lái)降低帶寬，而且這已經(jīng)幾乎是帶寬的最低限度了。

具體實(shí)施時(shí)，由公式vmin＝2.26×10¹⁰ir(d+h)/(ubrεr)可推知：

(1)stm前放的電流識(shí)別能力ir越差，即ir越大，需要的速度越大。

但是減小ir值會(huì)導(dǎo)致stm前放的帶寬隨之減小。也許正是這個(gè)不兼容的難題，導(dǎo)致了高速stm的應(yīng)用沒有被早日開發(fā)出來(lái)。

(2)電介質(zhì)樣品的厚度越大，需要的速度越大。

目前較低速度的stm只能測(cè)量出幾個(gè)原子層厚度的電介質(zhì)樣品的原子分辨率信息。

(3)偏置電壓ub越小，需要的速度越大。但是不能太大，有一定的上限，大約是10v。

(4)要求的分辨率r越高，即待分辨的電介質(zhì)樣品表面的橫向起伏半徑r越小，需要的速度越大；因?yàn)閞越小，導(dǎo)致電容值越小。

(5)電介質(zhì)樣品的相對(duì)介電常數(shù)εr越小，需要的速度越大。

上面得到的最低速度與最小帶寬對(duì)應(yīng)的εr是10000，但是由于材質(zhì)的缺陷或其它原因，通常會(huì)造成厚度越小、εr越小。這給高速stm的開發(fā)和應(yīng)用帶來(lái)了一定困難，但在提高鍍膜質(zhì)量的前提下，εr值理論上是可以保證。

實(shí)施例1

厚度d為10nm、高度起伏h為10nm、橫向起伏半徑r為20nm的ccto薄膜，在20nm針尖的曲率半徑r下的高速stm表面形貌檢測(cè)方法

當(dāng)電介質(zhì)樣品2是ccto陶瓷納米薄膜時(shí)，由于薄膜缺陷或其它原因，會(huì)導(dǎo)致介電常數(shù)下降，這里為保險(xiǎn)起見，以εr＝100進(jìn)行計(jì)算。然后假定ub為2.5v、stm前放的最小可分辨電流ir為0.25pa，并在電介質(zhì)樣品的其中一面設(shè)置導(dǎo)電襯底兼電介質(zhì)樣品的導(dǎo)電電極3。

此時(shí)，假設(shè)輔助電介質(zhì)5引起的高度d1小到可忽略不計(jì)，則根據(jù)公式vmin＝2.26×10¹⁰ir(d+h)/(rεrub)可知：導(dǎo)電探針1與電介質(zhì)樣品2間需要的的最小相對(duì)掃描速度為vmin＝22.6μm/s。

有速度限制后，下一步是選擇快軸的掃描器實(shí)現(xiàn)該掃描速度。根據(jù)目前掃描器幅度相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)、而頻率可變范圍較小的現(xiàn)狀。依據(jù)頻率的變化范圍，我們把stm的掃描器分為三大類：(1)壓電陶瓷管；(2)音叉；(3)壓電微懸臂梁。共振頻率逐步增大。

先分析壓電陶瓷管類。可以選擇德國(guó)pi公司的pzt130.24型壓電管。在內(nèi)外電極上施加100v的電壓，那么掃描的幅度大約為2μm。然后，基于最低掃描速度的限制，可以將壓電管是徑向最小掃描頻率設(shè)定為15hz，這是一個(gè)不難實(shí)現(xiàn)的頻率。那么快軸的掃描速度將是約30μm/s，能夠滿足測(cè)試的速度要求。

對(duì)于stm前放的選擇來(lái)說(shuō)，當(dāng)(d+h)＝r＝20nm時(shí)，產(chǎn)生的信號(hào)頻率及stm前置放大電路4所需要的最小帶寬變?yōu)閒bmin＝30(μm/s)/(20×0.02μm)＝75hz。

同時(shí)該帶寬的前提是0.25pa的stm前放分辨能力，為此可以選擇文獻(xiàn)(rev.sci.instrμm.83,043706(2012))中的stm前放實(shí)現(xiàn)。如文獻(xiàn)中報(bào)道，其電流分辨率最佳狀態(tài)時(shí)，可以達(dá)到20飛安；同時(shí)帶寬可以高達(dá)3.03khz；其stm前放選取的運(yùn)算放大器是opa627或opa637。至此，10nm本底厚度、10nm高度起伏、20nm橫向起伏半徑的ccto薄膜的表面形貌可以被測(cè)量出來(lái)。

實(shí)施例2

石英音叉式

在實(shí)施例1中，壓電陶瓷掃描管可以替換為石英音叉。石英音叉更高共振頻率的特性，有利于更大的掃描速度。如文獻(xiàn)(nanotechnology18(2007)044030)《打破原子力顯微鏡的速度》限制所述，石英音叉可以500nm左右的振幅、在100khz的頻率下掃描樣品，掃描速度可以高達(dá)8cm/s，完全可以滿足速度的需求。

實(shí)施例3

微懸臂梁式

在實(shí)施例1中，利用申請(qǐng)?zhí)枮?01410418938.5名稱為《一種適用于掃描隧道顯微鏡的高共振頻率掃描器》的專利所述的微懸臂梁替換掃描管，也可以達(dá)到需要的相對(duì)掃描速度。

實(shí)施例4

膜厚檢測(cè)

在實(shí)施例1中，當(dāng)電介質(zhì)樣品的兩個(gè)表面都不平整時(shí)，得到的是膜厚的信息，如圖3所示。當(dāng)其中任一個(gè)面相對(duì)于另一個(gè)面來(lái)說(shuō)很平整時(shí)，得到的信息可以看作是相對(duì)粗糙面的形貌。

實(shí)施例5

膜內(nèi)雜質(zhì)、損傷或界面結(jié)合特性檢測(cè)

假如納米薄膜，如1-100nm之間厚度的薄膜，存在如雜質(zhì)、位錯(cuò)、氣泡等薄膜質(zhì)量缺陷時(shí)，該如何檢測(cè)呢？其中，以電介質(zhì)內(nèi)部有導(dǎo)電雜質(zhì)時(shí)的電容最大、最容易測(cè)量。此時(shí)的測(cè)量算法與膜外起伏的算法相同，只是正的起伏h變?yōu)榱素?fù)的起伏h，即h為負(fù)值。

如附圖4所示，膜內(nèi)存在膜內(nèi)電介質(zhì)雜質(zhì)6、位錯(cuò)7、膜內(nèi)導(dǎo)體雜質(zhì)8，電介質(zhì)樣品2與導(dǎo)電襯底兼電介質(zhì)樣品的導(dǎo)電電極3之間的界面處存在界面處氣泡9。且假定膜內(nèi)導(dǎo)體雜質(zhì)8在針尖與電介質(zhì)樣品方向上的最大距離為h(h為負(fù))。

假定電介質(zhì)樣品2是ccto陶瓷納米薄膜，且本底厚度d為30nm、εr＝100、ccto膜內(nèi)導(dǎo)體雜質(zhì)在導(dǎo)電探針1與導(dǎo)電電極3的連線方向上的最大長(zhǎng)度為h＝-10nm、橫向起伏半徑r為20nm。

此時(shí)，利用實(shí)施例1中的掃描器、掃描器驅(qū)動(dòng)頻率與電壓幅度以及stm前放，那么可以測(cè)試出電介質(zhì)膜內(nèi)該導(dǎo)電雜質(zhì)的位置分布。更高的掃描速度和帶寬，可以分辨導(dǎo)電性差或不導(dǎo)電的電介質(zhì)雜質(zhì)。

實(shí)施例6

恒高式電化學(xué)高速stm測(cè)電介質(zhì)樣品膜厚與形貌與缺陷

將實(shí)施例1到5中的電介質(zhì)樣品泡在溶液中，或在電介質(zhì)樣品表面設(shè)置液膜，如水、甘油、乙醇、電化學(xué)溶液等，則形成電化學(xué)stm的模式。此時(shí)，如果掃描的速度足夠快，也能夠檢測(cè)電介質(zhì)樣品的膜厚與形貌與缺陷。

以上實(shí)施例描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明原理的范圍下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)均落入本發(fā)明保護(hù)的范圍內(nèi)。