晶圆半导体光学显微镜电子显微镜有什么区别与传统光学显微镜电子显微镜有什么区别相比，有哪些特殊的功 能？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2024-01-11 05:00 标签： 光学显微镜电子显微镜有什么区别
原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，AFM）图1 探针示意图样品制备1 样品要求原子力显微镜研究对象可以是有机固体、聚合物以及生物大分子等，样品的载体选择范围很大，包括云母片、玻璃片、石墨、抛光硅片、二氧化硅和某些生物膜等，其中最常用的是新剥离的云母片，主要原因是其非常平整且容易处理。而抛光硅片最好要用浓硫酸与30%双氧水的7∶3 混合液在90 ℃下煮1h。利用电性能测试时需要导电性能良好的载体，如石墨或镀有金属的基片。试样的厚度，包括试样台的厚度，最大为10 mm。如果试样过重，有时会影响Scanner的动作，请不要放过重的试样。试样的大小以不大于试样台的大小（直径20 mm）为大致的标准。稍微大一点也没问题。但是，最大值约为40 mm。如果未固定好就进行测量可能产生移位。请固定好后再测定。2 样品制备粉末样品的制备：粉末样品的制备常用的是胶纸法，先把两面胶纸粘贴在样品座上，然后把粉末撒到胶纸上，吹去为粘贴在胶纸上的多余粉末即可。块状样品的制备：玻璃、陶瓷及晶体等固体样品需要抛光，注意固体样品表面的粗糙度。液体样品的制备：液体样品的浓度不能太高，否则粒子团聚会损伤针尖。（纳米颗粒：纳米粉末分散到溶剂中，越稀越好，然后涂于云母片或硅片上，手动滴涂或用旋涂机旋涂均可，并自然晾干）。1. 台阶高度和纳米片厚度的测量在半导体加工过程中通常需要测量高纵比结构，像沟槽和台阶，以确定刻蚀的深度和宽度。这些在SEM 下只有将样品沿截面切开才能测量，AFM 可以对其进行无损的测量。AFM在垂直方向的分辨率约为0.01nm，因此可以很好的用于表征纳米片厚度。图4 台阶高度（a）和纳米片厚度（b）测量2.相图作为轻敲模式的一项重要的扩展技术，相位模式是通过检测驱动微悬臂探针振动的信号源的相位角与微悬臂探针实际振动的相位角之差（即两者的相移）的变化来成像。引起该相移的因素很多，如样品的组分、硬度、粘弹性质，模量等。因此利用相位模式，可以在纳米尺度上获得样品表面局域性质的丰富信息。值得注意的是，相移模式作为轻敲模式一项重要的扩展技术，虽然很有用。但单单是分析相位模式得到的图像是没有意义的，必须和形貌图相结合，比较分析两个图像才能得到你需要的信息。简单来说，如果两种材料从AFM形貌上来说，对比度比较小，但又非常想说明这是在什么膜上长的另外一种，这个时候可以利用二维形貌图+相图来说明（前提是两种材料的物理特性较为不同，相图有明显对比信号才行）。图5 样品的主形貌和相图3. 表面形貌和表面粗糙度AFM可以对样品表面形态、纳米结构、链构象等方面进行研究，获得纳米颗粒尺寸，孔径，材料表面粗糙度，材料表面缺陷等信息，同时还能做表面结构形貌跟踪（随时间，温度等条件变化）。也可对样品的形貌进行丰富的三维模拟显示，使图像更适合于人的直观视觉。下图表征的是样品的二维几何形貌图和三维高度形貌图。图2 样品的2D主形貌和3D主形貌AFM的高度像可用于样品表面微区高分辨的粗糙度测量，应用合适的数据分析软件能得到测定区域内粗糙度各表征参数的统计结果，一般仪器供应商会提供配套的数据处理软件。表面平均粗糙度Ra和均方根粗糙度Rq是常用的表征粗糙度的参数，其含义分别是：在所考察区域内相对中央平面测的高度偏差绝对值的算术平均值Ra，Rq是指在取样长度内，轮廓偏离平均线的均方根值，它是对应于Ra的均方根参数。计算机根据高度数据能自动计算出轮廓算术平均偏差Ra和均方根粗糙度Rq。图3 样品的粗糙度值Ra和Rq2. 台阶高度和纳米片厚度的测量在半导体加工过程中通常需要测量高纵比结构，像沟槽和台阶，以确定刻蚀的深度和宽度。这些在SEM 下只有将样品沿截面切开才能测量，AFM 可以对其进行无损的测量。AFM在垂直方向的分辨率约为0.01nm，因此可以很好的用于表征纳米片厚度。图4 台阶高度（a）和纳米片厚度（b）测量5. 特殊模式应用简介5.1 力曲线在基底上Ramp，设置参数得到力曲线，曲线横坐标是探针和样本之间的相对距离变化，纵坐标是探针与样品之间的作用力，蓝线是探针压入样品曲线(approach)，红线是离开样品的曲线（retrace）。纵坐标线显示的就是两个原子之间（探针与样品之间）的作用力随着距离变化的一个情况，它有两个分量，一个是正值的分量，一个是负值的分量，正值代表斥力，负值代表吸引力。通过力曲线分析可以获得：峰值力（探针样品最大作用力）：peak force；吸附力（探针样品最小作用力）：adhesion；杨氏模量：YM；探针样品形变量：deformation；能量耗散（often-work of adhesion）：dissipation；弹性模量：在曲线上当探针接触样品产生斥力时，探针下降的距离与力的关系成线性，利用这段规律可以模拟计算出样品表面的弹性模量；黏附力：在探针离开样品过程中，发生黏附力的牵扯，利用曲线最低点可以得到样品表面黏附力的大小；粘附功：曲线重叠区域的积分，用积分算粘附力做的功。图7 力曲线分析原理介绍：原子力显微镜的工作模式是以针尖与样品之间的作用力的形式来分类的，原子力显微镜利用微悬臂感受和放大悬臂上尖细探针与受测样品原子之间的作用力，从而达到检测的目的(扫描样品时，利用传感器检测这些变化，就可获得作用力分布信息，从而以纳米级分辨率获得表面形貌结构信息及表面粗糙度信息。)具有原子级的分辨率。由于原子力显微镜既可以观察导体，也可以观察非导体，从而弥补了扫描隧道显微镜的一些不足。优点：相对于扫描电子显微镜，原子力显微镜具有许多优点。① 不同于电子显微镜只能提供二维图像，AFM提供真正的三维表面图。② 同时，AFM不需要对样品的任何特殊处理，如镀铜或碳，这种处理对样品会造成伤害。③ 电子显微镜需要运行在高真空条件下，原子力显微镜在常压下甚至在液体环境下都可以良好工作。这样可以用来研究生物宏观分子，甚至活的生物组织。原子力显微镜与扫描隧道显微镜STM相比，由于能观测非导电样品，因此具有更为广泛的适用性。当前在科学研究和工业界广泛使用的扫描力显微镜，其基础就是原子力显微镜。缺点：和扫描电子显微镜(SEM）相比，AFM的缺点在于成像范围太小，速度慢，受探头的影响太大。区别：原子力显微镜AFM是基于力的显微镜，SEM、TEM 是基于电的显微镜，原理不同；AFM的最大特点是样品无损，广泛用于生物系，SEM、TEM经过电子的轰击，广泛用于材料，AFM是靠探针与表面的作用。原子力显微镜AFM适合测基底上样品的表面起伏和形貌SEM是观察基底上样品的表面形貌TEM观察的是样品结构形态，内部精细结构的，但是测试时需要样品比较薄，以便电子通过，所以基底的样品不行。铄思百原子力显微镜AFM检测项目：高度图、相图、表面粗糙度、三维立体图等.应用范围：广泛地应用于表面分析的各个领域,通过对表面形貌的分析、归纳、总结,以获得更深层次的信息。它可以用于研究金属、半导体和非金属类材料的表面形貌、表面重构、摩擦力，获得相界、分形结构和横向力等信息的空间三维图像。参考文献：H. W. C., et al. Adv. Mater. 2000, 12, 1299.参考书籍：《原子力显微术及其应用》杨序纲，杨潇著《扫描探针显微技术理论与应用》彭昌盛著

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