EP2898331A1 - Procédé pour la mesure de potentiels de surface sur des dispositifs polarisés - Google Patents

Procédé pour la mesure de potentiels de surface sur des dispositifs polarisés

Info

Publication number
EP2898331A1
EP2898331A1 EP13779256.0A EP13779256A EP2898331A1 EP 2898331 A1 EP2898331 A1 EP 2898331A1 EP 13779256 A EP13779256 A EP 13779256A EP 2898331 A1 EP2898331 A1 EP 2898331A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sample
potential
lever
measurement
micro
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13779256.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Louis Giraudet
Nicolae Bogdan BERCU
Olivier SIMONETTI
Jean-Louis NICOLAS
Michaël MOLINARI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Universite de Reims Champagne Ardenne URCA
Original Assignee
Universite de Reims Champagne Ardenne URCA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universite de Reims Champagne Ardenne URCA filed Critical Universite de Reims Champagne Ardenne URCA
Publication of EP2898331A1 publication Critical patent/EP2898331A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q30/00—Auxiliary means serving to assist or improve the scanning probe techniques or apparatus, e.g. display or data processing devices
    • G01Q30/20—Sample handling devices or methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
    • G01Q60/24—AFM [Atomic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. AFM probes
    • G01Q60/30—Scanning potential microscopy
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces

Definitions

  • the present invention relates to the field of polarized electronic devices.
  • the invention more particularly relates to a method for measuring a potential on electronic devices that are biased through an external voltage source.
  • the present method makes it possible to obtain a nanoscale potential mapping that can notably be applied to semiconductor devices.
  • AFM Atomic Force Microscopy
  • An atomic force microscope corresponds to a type of microscope with a local probe, the latter being in the form of a tapered tip. Such a microscope makes it possible to analyze areas having dimensions ranging from a few nanometers to a few micrometers and to measure nanonewton forces.
  • Said probe of the AFM type microscope is disposed at the free end of a resilient micro-lever, also called "cantilever". This lever is able to move in all directions of space through a piezoelectric tube with which it is associated.
  • Deviations from the lever are traditionally measured by laser reflection.
  • the probe is mounted on a micro-lever on the surface of which a laser beam is reflected.
  • the reflected laser beam is deflected, it also corresponds to a deviation of the lever in one direction or the other, which makes it possible to reveal an interaction between the probe and the surface of the sample analyzed, this interaction possibly corresponding to either a attraction, or to a repulsion between the two elements, probe and analyzed surface.
  • An atomic force microscope can also be used to measure the value of the electrostatic potential at the surface of the sample to be analyzed, so as to map the surface potential of said sample.
  • the measurement of the potential of a surface is performed by two successive passes of the probe at the same location of said surface.
  • the first pass is made with the tapered tip of the probe in contact (or intermittent contact) of the surface to be analyzed and allows a measurement of the topographic profile of the latter.
  • the device uses this topographic measurement to place and maintain the probe at a constant height above the analyzed surface, for example at a distance of between 20 and 100 nm, so as to allow performing electrostatic potential measurements of said surface.
  • JP 2002 214 113 a method for topographic measurement and potential measurement, the two measurements being made in "contact" mode, that is to say with a very small distance between the tip of the probe and the surface of the sample, this distance being for example of the order of a few Angstroms.
  • Two measurements are made, for each of the points of the surface, and it is sought to minimize the interactions between the tip of the probe and the surface of the sample, so that the effect of electrostatic charge is canceled.
  • the electrostatic charge between the tip and the sample is then detected, and a "bias potential" is returned to the micro-lever in order to minimize the effect of the electrostatic force on said lever.
  • the imprecise measurements of the topography of a surface are mainly due to the fact that, in the case of a polarized sample, a charge density can be created either on the surface of this sample, ie at a very small distance from it.
  • the presence of this charge density will cause a change in the interaction between the tip of the probe and the surface of the sample, adding an additional electrical force, the Coulomb force.
  • This additional force will cause an attraction or repulsion of the micro-lever, as would a change in the height of the surface.
  • the measuring device does not make it possible to differentiate between an actual modification of the topographic profile of the surface and the presence of additional interaction forces, due to the polarization of the sample.
  • the topographic profile obtained is likely to be distorted. Consequently, the measurement of the surface potential of the probe is also imprecise, because the height at which this probe is placed during its second passage is set according to the topographic measurements taken during the first pass.
  • the invention offers the possibility of overcoming the various drawbacks of the state of the art by proposing a method making it possible to perform particularly precise measurements of the topography of the surface of a polarized electronic device, in particular a semiconductor device, so the accuracy of subsequent potential measurements is also optimal.
  • the present invention relates to a method for measuring the surface potential of a polarized sample comprising the following steps:
  • the topographic profile of said sample is measured by scanning the surface of the latter with the aid of a tapered tip connected to a microlevel activated at its resonance frequency by a piezoelectric activator;
  • said method being characterized in that said sample is not polarized during the step of measuring the topographic profile and in that said sample is polarized during the measurement of the potential profile.
  • said sample is biased through an external voltage source applying a voltage of between 0 and ⁇ 10V.
  • the present invention also relates to a device comprising a topography measuring means and a potential measuring means using the results of the topography measurement, said device further comprising a switch designed to allow the application of a voltage to said sample in position closed and to cancel the application of said voltage in the open position, and a module of synchronization configured to synchronize the opening and closing of said switch so that the voltage is not applied to the sample during the topographic measurement, and is applied to the sample during the measurement of the potential.
  • said device comprises a tapered tip adapted to scan the surface of a polarized sample via an external source of voltage, said tapered tip being connected to a micro-lever adapted to be activated at its resonant frequency by a piezoelectric activator and a first generator, said device further comprising a piezoelectric scanner capable of controlling the positioning of the tapered tip and means for detecting variations in the amplitude of oscillation of the micro-lever, these detection means being connected to a signal amplifier device, itself connected to a box having as reference the signal of the first generator, said box being connected to a device able to compare the data obtained with the reference data, said device for comparison being able to transmit the data to a return loop connected to the scanner piezoelectric, said loop controlling the position of the tip through said scanner, said comparison device being further connected to a second generator adapted to deliver a voltage to said micro-lever, said synchronization module being connected on the one hand to the feedback loop and secondly to said external voltage source via said
  • the device according to the invention further comprises an amplifier, connected to the second generator and able to amplify the voltage delivered by it to the microlevier.
  • the present invention has many advantages. In particular, it makes it possible to eliminate the topographic artefacts from which a false measurement of the surface potential of a polarized material results. In addition, the present invention is relatively easy to implement; indeed, it is only necessary to add, to the existing devices, a module for synchronizing the passages of the tapered tip with the polarization of the polarized material.
  • FIG. 1 diagrammatically represents an embodiment of a device for implementing the method according to the invention
  • FIG. 2 diagrammatically represents a measurement of the topographic profile and of the electrostatic potential of the surface of a sample to be analyzed
  • FIGS. 3A and 3B schematically illustrate a sectional view of a polarized transistor, consisting of a (thin-film transistor of organic material), and the voltages applied to this transistor;
  • FIGS. 4A and 4B are graphs representing respectively the height (in nm) and the potential (in V) as a function of the position (in ⁇ m) of the tip on the sample; these graphs make it possible to illustrate and compare the topography and the potential of a sample when it is not polarized during the first measurement step with respect to the same sample which remains polarized throughout the process.
  • FIG. 1 firstly makes it possible to schematically illustrate a method currently implemented in the state of the art by means of a device 1 to make it possible to measure the topographic profile and the potential of a surface of a sample 2. More particularly, the diagram of FIG. 1 represents the state of the art if the synchronization module 18 is removed and switch S3, and when the switches referenced SI and S2 are respectively closed and open during the measurement of topographic profile and vice versa during the measurement of potential.
  • a probe consisting of a tapered tip 3 scans point by point the surface of said sample 2.
  • Said tapered tip 3 is attached to the end of a micro-lever 4 adapted to be activated by a piezoelectric activator 5.
  • the micro-lever 4 Via a first generator 10 applying a signal to the piezoelectric activator 5 (switch S1 closed), the micro-lever 4 can be activated at its resonant frequency, and then oscillates according to a certain amplitude; the tapered tip 3 of the micro-lever 4 is then brought into contact with the surface of the sample 2 to be analyzed and a piezoelectric scanner 16 makes it possible to control the positioning of said micro-lever 4 and thus of the tapered tip 3.
  • a laser 6 is preferably used to detect a variation of the oscillation amplitude of the micro-lever 4.
  • the position of the laser beam reflected by said micro-lever 4 is identified by means of a detector 7. having a plurality of quadrants.
  • said detector 7 may in particular consist of a split photodiode.
  • the signals picked up by the different quadrants of this detector 7 are then amplified by an amplifier device 8 and then sent back to a box 9 which knows as a reference the signal of the first generator 10 applied to the piezoelectric activator 5.
  • the data concerning on the one hand the reflection of the laser beam, reflecting the oscillation of the micro-lever 4, and on the other hand the signal of the first generator 10, corresponding to the reference oscillating signal applied to the micro-lever 4, are then transmitted to a device 15 allowing a comparison of these data. Any variation in the amplitude of the oscillation of the micro-lever 4 is thus detected.
  • the tapered tip 3 follows the topography of the surface of the sample 2; this results in the detection of a topographic profile 11, shown on the right part of Figure 2, and this profile 11 is then recorded.
  • said tapered tip 3 is raised relative to the surface of the sample 2 and is maintained at a distance d constant from this surface, d being typically of the order of 100 nm.
  • said tip 3 passes through the sample 2 and the system records the electrostatic potentials 12 of the surface so as to also obtain a profile 13 of these potentials. differences between the potential of this tip 3 and the potential of the surface of the sample 2, and to cancel the oscillation of the micro-lever 4 and the tapered tip 3, a voltage is applied to said micro-lever 4 (switch S2 closed) .
  • this voltage is applied via a second generator 19, and possibly an amplifier 20, the latter allowing an amplification of the voltage delivered by the second generator.
  • a return loop 14 will allow a control of the tapered tip 3 of the micro-lever 4.
  • this feedback loop 14 is connected in particular to the data comparison device 15 and to the piezoelectric scanner 16. More particularly, during the first step of measuring the topography of the sample 2 to be analyzed, the feedback loop 14 uses the information on the amplitude of oscillation of the micro-lever 4 sent by the box 9 to the device of FIG. Comparing the data 15.
  • the feedback loop 14 will then generate a response proportional to the difference in amplitude between the reference amplitude and that detected, so that the piezoelectric scanner 16 extends or retracts so that the tapered tip 3 away from or near the surface of the sample 2, in order to maintain a constant force of interaction between said tip 3 and the sample 2.
  • the micro-lever 4 is grounded, and it There is no return on the applied voltage.
  • the tapered tip 3 follows the pre-recorded topographic profile 11 and, consequently, there is no return on the positioning in height of said tip 3.
  • the latter is not polarized during the measurement step of the topographic profile 11 of the surface of the sample 2. This advantageously makes it possible to avoid a charge accumulation on the surface of the sample 2 during the measurement of the topography of this surface.
  • the second phase in which the potential of said surface is measured, is performed in the presence of the external voltages applied to the sample 2.
  • the external voltages produce a polarization of said sample 2, and the measurement of the surface potential profile allows to identify certain characteristics of the sample.
  • polarizable electronic devices such as for example, but not limited to, semiconductor devices.
  • a polarizable device corresponds to a device which is polarized in operation, via a voltage source, in particular external.
  • the polarization of the sample 2 at the time of the potential measurement is obtained via an external voltage source 17, shown schematically in Figure 1 attached.
  • the external voltages applied to said sample 2 through said source 17 allow to put it in its operating state, which can reveal a large amount of electrical charges near its surface, these charges being incompatible with a precise measurement topography.
  • the external source 17 is advantageously synchronized to the control loop 14 via a synchronization module 18.
  • the connection between said control loop 14 and said module 18 is preferably obtained via a TTL output (transistor-transistor logic) 21.
  • a switch S3 visible in FIG. 1 attached allows loop synchronization 14 / voltage source 17 S3 is then open at the time of the topography measurement, and, on the contrary, at the time of potential measurements, switch S3 is closed.
  • Such synchronization between the control loop 14 and the external voltage source 17 makes it possible to ensure that the analyzed sample 2 is not polarized at the time of the topographic measurement step, and polarized at the time of the measurement of the potential profile.
  • the topography of a sample 2 is measured line by line. Such a measure usually takes on the order of a second.
  • the tapered tip 3 is raised and placed at a constant distance from the topography of the sample 2, the switch S3 is closed and the potential of the line is measured.
  • the device 1 goes to the next line, and the switch S3 is opened. So, about all the seconds, it is appropriate to apply or not a voltage to polarize or not said sample 2.
  • the external voltage source 17 consists of a generator capable of delivering voltages to be included in an operating range compatible with the second generator 19 and with the possible amplifier 20; Indeed, the latter must be able to apply a voltage to cancel the oscillation of the tapered tip 3 at the time of potential measurements.
  • the voltages that can be delivered by a second generator 19 are between 0 and ⁇ 10V.
  • this voltage range can be extended by means of an amplifier 20, up to a hundred or so of volts.
  • Other technical solutions must if necessary be implemented, for example by working under vacuum, to make possible the extension of this voltage range.
  • Example 1 The demonstration of the efficiency of the process according to the present invention is detailed in Example 1 below and corresponding Figures 3 and 4.
  • This example intended to illustrate the interest of the invention, is in no way limiting as to the scope of the invention described and claimed herein.
  • the invention also relates to a device 1 for implementing the method described above.
  • the device 1 essentially comprises a topography measuring means and a potential measuring means. The latter uses the results obtained by means of the measurement of topography.
  • the device 1 according to the invention further comprises a switch S3. The latter is designed to allow the application of a voltage to said sample 2 in the closed position and to cancel the application of said voltage in the open position.
  • the device 1 also comprises a synchronization module 18 configured to synchronize the opening and closing said switch S3 so that the voltage is not applied to the sample 2 during the topographic measurement, and is applied to the sample 2 during the measurement of the potential.
  • the synchronization module 18 is connected on the one hand to the feedback loop 14 and on the other hand to said external voltage source 17, said synchronization module being able to control the switch S3 for its opening or its closure.
  • such a device 1 comprises at least:
  • a tapered tip 3 able to scan the surface of a sample 2
  • micro-lever 4 connected to said tip 3;
  • a piezoelectric activator 5 connected to a first generator 10 for activating the micro-lever 4 at its resonant frequency, which oscillates at a certain amplitude;
  • a piezoelectric scanner 16 adapted to control the positioning of the tapered tip 3;
  • these means preferably consist of a laser housing 6 and a detector 7, in particular a split photodiode;
  • an amplifier device 8 connected to the signal detection means
  • a housing 9 connected on the one hand to the amplifier device 8 and on the other hand to the first generator 10, the housing 9 having, as a result, the signal of said first generator 10 applied to the micro-lever 4;
  • a device 15 connected to the housing 9, and able to compare the data obtained with the reference data;
  • a feedback loop 14 connected to the device 15 and the piezoelectric scanner 16;
  • a second generator 19 connected to the device 15, and possibly to an amplifier 20 of the voltage delivered by said generator 19, this voltage being preferentially between 0 and ⁇ 10V and being applied to the micro-lever 4 so as to counterbalance its oscillation and to allow the measurement of potential;
  • the device 1 according to the invention advantageously makes it possible to synchronize the application or not of a voltage by the source 17 to the measurement of potential and topography.
  • the synchronization module 18 makes it possible not to polarize the sample 2 during the measurement of the topographic profile.
  • Example 1 Demonstration of the Method According to the Invention on a Polarized Electronic Device of OFET Type
  • the present method has been implemented on a polarized electronic device, and more particularly on an OFET transistor (Organic Field Effect Transistor) 21, shown in the appended FIG. 3A, and in which the semiconductor material 22 consists of poly (3). - hexylthiophene) or P3HT, deposited on a structure of electrodes forming a transistor.
  • OFET transistor Organic Field Effect Transistor
  • transistors of this type can be subjected to applied voltages that can reach ⁇ 100V, which poses problems when measuring their topographic profile.
  • Said OFET transistor 21 comprises in particular three zones of interest 23, 24 and 25.
  • the zone 23 corresponds to a "drain” electrode with constant potential
  • the intermediate zone 24 corresponds to the channel of the transistor 21
  • the zone 25 corresponds to a "source” electrode with constant potential
  • the bias of the transistor 21 is external and the voltages applied at the zones of interest 23, 24 and 25 are not traditionally synchronized with the passage of the tip 2; accordingly, the step of measuring the topography of the transistor 21 is performed while the latter is polarized.
  • F V d, F ei and F capi i respectively correspond to the interaction force of Van der Waals, to the electrostatic force due to the presence of surface charges, and the capillary force due to the humidity of the air. This force can notably be present when the method is implemented under ambient conditions.
  • the topography measurement is carried out without external polarization of the component, by canceling the component F ei .
  • the means of measuring the value of the component F ei is to move the tapered tip 3 more than 10 nm from the surface. Indeed, the Van der Waals forces F vdw and the capillary forces F capillile decrease significantly when the distance between the tapered tip 3 and the sample 21 is greater than 10 nm. Generally, said tip is placed at a distance of the order of 100 nm from the surface, which makes negligible the two components F Vd and F capi i. External voltages are applied to the component during this second phase.
  • the topographic profile and the potential of a polarized transistor 21 were first measured by the application of a voltage equal to -15 V between the source 25 and the drain 23 (Uds in FIG. 3B) and, on the other hand, by the application of a voltage equal to -15V between the gate 26 and the source 25 (Ugs in FIG. 3B). These measurements were also performed on a transistor 21 whose polarization is synchronized according to the step of the method that is implemented, that is to say that the voltages applied to the transistor 21 are equal to 0V during the measurement of the topographic profile.
  • FIG. 4A makes it possible to compare the topographic measurement of a continuously biased transistor 21 (dashed curve) during the two measurement steps and the same transistor 21 when the polarization thereof is synchronized (continuous curve), unpolarized during topographic measurement, and polarized during potential measurement.
  • the potential measurements obtained are shown in FIG. 4B; the dotted curve represents the potentials measured on a transistor 21 which is polarized continuously and the continuous black curve represents the potentials of a transistor 21 whose polarization is alternated, said transistor 21 being depolarized at the time of the topographic measurements and polarized during the measurements of potential.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un procédé pour la mesure du potentiel de surface d'un échantillon (2) polarisé comportant les étapes suivantes : - on mesure le profil topographique (11) dudit échantillon (2) en balayant la surface de ce dernier à l'aide d'une pointe effilée (3) reliée à un micro-levier (4) activé à sa fréquence de résonance par un activateur piézoélectrique (5); - on place ladite pointe effilée (3) à une distance (d) constante par rapport au profil topographique (11) de la surface obtenu lors de l'étape précédente; - on mesure le potentiel électrostatique (13) de ladite surface; ledit procédé étant caractérisé en ce que l'on ne polarise pas ledit échantillon (2) lors de l'étape de mesure du profil topographique (11) et en ce que l'on polarise ledit échantillon (2) lors de la mesure du profil de potentiel (13).

Description

PROCEDE POUR LA MESURE DE POTENTIELS DE SURFACE SUR DES
DISPOSITIFS POLARISES La présente invention concerne le domaine des dispositifs électroniques polarisés .
L'invention concerne plus particulièrement une méthode pour mesurer un potentiel sur des dispositifs électroniques qui sont polarisés par l'intermédiaire d'une source externe de tension.
Plus précisément encore, la présente méthode permet d'obtenir une cartographie de potentiel à l'échelle nanométrique pouvant notamment être appliquée à des dispositifs semiconducteurs .
Actuellement, il est connu de l'état de la technique d'utiliser un Microscope à Force Atomique (ou AFM pour Atomic Force Microscopy) pour visualiser la topographie de la surface d'un échantillon, par exemple un dispositif électronique polarisé de type dispositif semi-conducteur.
Un microscope à force atomique correspond à un type de microscope à sonde locale, cette dernière se présentant sous la forme d'une pointe effilée. Un tel microscope permet d'analyser des zones présentant des dimensions pouvant aller de quelques nanomètres à quelques micromètres et de mesurer des forces de l'ordre du nanonewton.
Ladite sonde du microscope de type AFM est disposée au niveau de l'extrémité libre d'un micro-levier élastique, également dénommé « cantilever ». Ce levier est apte à se déplacer dans toutes les directions de l'espace grâce à un tube piézoélectrique auquel il est associé.
Lors du balayage de la surface de l'échantillon, les flexions ou déviations du micro-levier, dues à l'attraction ou à la répulsion entre les atomes de l'apex de la sonde et les atomes de la surface de l'échantillon, sont analysées. De telles analyses permettent d'une part une reconstitution de l'ensemble du parcours de la sonde et, d'autre part, une mesure des forces d'interaction intervenant entre ladite sonde et l'échantillon. Cela permet finalement de définir la topographie de la surface d' un matériau .
Les déviations du levier sont traditionnellement mesurées par réflexion laser. Dans ce cas de figure, la sonde est montée sur un micro-levier à la surface duquel se réfléchit un rayon laser. Lorsque le rayon laser réfléchi est dévié, cela correspond également à une déviation du levier dans un sens ou dans l'autre ce qui permet de révéler une interaction entre la sonde et la surface de l'échantillon analysée, cette interaction pouvant correspondre soit à une attraction, soit à une répulsion entre les deux éléments, sonde et surface analysée.
Un microscope à force atomique peut également être utilisé dans l'optique de mesurer la valeur du potentiel électrostatique à la surface de l'échantillon à analyser, de sorte à permettre de cartographier le potentiel de surface dudit échantillon.
Dans ce cas de figure précis, on travaille en mode « KPFM », ce qui signifie en anglais « Kelvin Probe Force Microscopy ».
Par cette méthode, la mesure du potentiel d'une surface est effectuée par deux passages successifs de la sonde au même endroit de ladite surface. Le premier passage est réalisé avec la pointe effilée de la sonde au contact (ou au contact intermittent) de la surface à analyser et permet une mesure du profil topographique de cette dernière. Par la suite, lors d'un second passage, le dispositif utilise cette mesure topographique pour placer et maintenir la sonde à une hauteur constante au dessus de la surface analysée, par exemple à une distance comprise entre 20 et 100 nm, de sorte à permettre la réalisation de mesures de potentiel électrostatique de ladite surface.
On connaît ainsi, par le document de l'état de la technique
JP 2002 214 113 une méthode permettant une mesure topographique et une mesure de potentiel, les deux mesures étant réalisées en mode « contact », c'est-à-dire avec une distance très faible entre la pointe de la sonde et la surface de l'échantillon, cette distance étant par exemple de l'ordre de quelques Angstrôms. Deux mesures sont réalisées, pour chacun des points de la surface, et l'on cherche à minimiser les interactions entre la pointe de la sonde et la surface de l'échantillon, de telle sorte à ce que l'effet de charge électrostatique soit annulé. La charge électrostatique entre la pointe et l'échantillon est alors détectée, et un « potentiel de polarisation » est renvoyé au micro-levier dans le but de minimiser l'effet de la force électrostatique sur ledit levier.
Cependant, les méthodes traditionnelles de mesures de potentiel électrostatique de surface ne permettent pas une analyse optimale notamment en ce qui concerne la surface de composants électroniques polarisés. Cela est dû au fait que les méthodes connues ne mesurent pas de façon suffisamment précise les profils topographiques d'une surface polarisée, lors du premier passage de la sonde, ce qui affecte obligatoirement le second passage destiné à permettre une mesure du potentiel de cette surface .
Il a été mis en évidence, selon une démarche inventive, que les mesures imprécises de la topographie d' une surface sont dues principalement au fait que, dans le cas d'un échantillon polarisé, une densité de charge peut être créée soit à la surface de cet échantillon, soit à une distance très réduite de celle-ci. La présence de cette densité de charge va entraîner une modification de l'interaction entre la pointe de la sonde et la surface de l'échantillon, en ajoutant une force électrique supplémentaire, la force de Coulomb. Cette force additionnelle va entraîner une attraction ou une répulsion du micro-levier, tout comme le ferait une modification de la hauteur de la surface .
Cependant, le dispositif de mesure ne permet pas de faire la différence entre une modification effective du profil topographique de la surface et la présence de forces d'interaction additionnelles, due à la polarisation de l'échantillon. De ce fait, le profil topographique obtenu est susceptible d'être faussé. En conséquence, la mesure du potentiel de surface de la sonde est également imprécise, car la hauteur à laquelle est placée cette sonde lors de son second passage est réglée en suivant les mesures topographiques prises lors du premier passage.
L'invention offre la possibilité de pallier les divers inconvénients de l'état de la technique en proposant une méthode permettant d'effectuer des mesures particulièrement précises de la topographie de la surface d'un dispositif électronique polarisé, notamment semi-conducteur, de sorte à ce que la précision des mesures de potentiel ultérieures soit également optimale .
A cet effet, la présente invention concerne un procédé pour la mesure du potentiel de surface d'un échantillon polarisé comportant les étapes suivantes :
on mesure le profil topographique dudit échantillon en balayant la surface de ce dernier à l'aide d'une pointe effilée reliée à un microlevier activé à sa fréquence de résonance par un activateur piézoélectrique ;
on place ladite pointe effilée à une distance constante par rapport au profil topographique de la surface obtenu lors de l'étape précédente ;
on mesure le potentiel électrostatique de ladite surface ;
ledit procédé étant caractérisé en ce que l'on ne polarise pas ledit échantillon lors de l'étape de mesure du profil topographique et en ce que l'on polarise ledit échantillon lors de la mesure du profil de potentiel .
De manière avantageuse, on polarise ledit échantillon par l'intermédiaire d'une source externe de tension appliquant une tension comprise entre 0 et ±10V.
La présente invention concerne également un dispositif comprenant un moyen de mesure de topographie et un moyen de mesure de potentiel utilisant les résultats de la mesure de topographie, ledit dispositif comportant encore un interrupteur conçu pour permettre l'application d'une tension audit échantillon en position fermée et pour annuler l'application de ladite tension en position ouverte, et un module de synchronisation configuré pour synchroniser l'ouverture et la fermeture dudit interrupteur de sorte que la tension ne soit pas appliquée à l'échantillon pendant la mesure topographique, et soit appliquée à l'échantillon pendant la mesure du potentiel.
Selon une autre particularité de l'invention, ledit dispositif comporte une pointe effilée apte à balayer la surface d'un échantillon polarisé par l'intermédiaire d'une source externe de tension, ladite pointe effilée étant reliée à un micro-levier apte à être activé à sa fréquence de résonance par un activateur piézoélectrique et un premier générateur , ledit dispositif comportant encore un scanner piézoélectrique apte à contrôler le positionnement de la pointe effilée et des moyens de détection des variations de l'amplitude d'oscillation du micro-levier, ces moyens de détection étant reliés à un dispositif amplificateur du signal, lui-même relié à un boitier présentant comme référence le signal du premier générateur, ledit boitier étant relié à un dispositif apte à comparer les données obtenues avec les données de référence, ledit dispositif de comparaison étant apte à transmettre les données à une boucle de retour reliée au scanner piézoélectrique, ladite boucle contrôlant la position de la pointe par l'intermédiaire dudit scanner, ledit dispositif de comparaison étant encore relié à un second générateur apte à délivrer une tension audit micro- levier, ledit module de synchronisation étant relié d'une part à la boucle de retour et d' autre part à ladite source externe de tension par l'intermédiaire dudit interrupteur.
De manière intéressante, le dispositif selon l'invention comporte encore un amplificateur, relié au second générateur et apte à amplifier la tension délivrée par celui-ci au microlevier .
La présente invention comporte de nombreux avantages. En particulier, elle permet d'éliminer les artefacts topographiques dont découle une mesure fausse du potentiel de surface d'un matériau polarisé. De plus, la présente invention est relativement facile à mettre en œuvre ; en effet, il est uniquement nécessaire d'ajouter, aux dispositifs existants, un module permettant de synchroniser les passages de la pointe effilée avec la polarisation du matériau polarisé.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, des modes de réalisation non limitatifs de l'invention, en référence aux figures annexées dans lesquelles :
la figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation d'un dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention ;
la figure 2 représente schématiquement une mesure du profil topographique et du potentiel électrostatique de la surface d'un échantillon à analyser ;
- les figure 3A et 3B illustrent respectivement de façon schématique une vue en coupe d' un transistor polarisé, consistant en un (transistor en couche mince en matériau organique) , et les tensions appliquées à ce transistor ;
- les figures 4A et 4B sont des graphiques représentant respectivement la hauteur (en nm) et le potentiel (en V) en fonction de la position (en um) de la pointe sur l'échantillon ; ces graphiques permettent d' illustrer et de comparer la topographie et le potentiel d' un échantillon lorsque celui-ci n'est pas polarisé pendant la première étape de mesure par rapport au même échantillon qui reste polarisé pendant toute la durée du procédé.
La figure 1 permet dans un premier temps d' illustrer schématiquement une méthode mise en œuvre actuellement dans l'état de la technique par l'intermédiaire d'un dispositif 1 pour permettre de mesurer le profil topographique et le potentiel d'une surface d'un échantillon 2. Plus particulièrement, le schéma de la figure 1 représente l'état de la technique si l'on retire le module de synchronisation 18 et l'interrupteur S3, et lorsque les interrupteurs référencés SI et S2 sont respectivement fermé et ouvert pendant la mesure de profil topographique et inversement pendant la mesure de potentiel .
En particulier, dans cette méthode, une sonde consistant en une pointe effilée 3 balaye point par point la surface dudit échantillon 2. Ladite pointe effilée 3 est attachée à l'extrémité d'un micro-levier 4 apte à être activé par un activateur piézoélectrique 5.
Par l'intermédiaire d'un premier générateur 10 appliquant un signal à l' activateur piézoélectrique 5 (interrupteur SI fermé) , le micro-levier 4 peut être activé à sa fréquence de résonance, et oscille alors selon une certaine amplitude ; la pointe effilée 3 du micro-levier 4 est alors amenée au contact de la surface de l'échantillon 2 à analyser et un scanner piézoélectrique 16 permet de contrôler le positionnement dudit micro-levier 4 et donc de la pointe effilée 3.
Les interactions entre la surface de l'échantillon 2 et la pointe effilée 3, vibrant à sa fréquence de résonnance, vont entraîner une modification de l'amplitude d'oscillation du micro-levier 4 qui oscille à sa fréquence de résonance .
Un laser 6 est préférentiellement utilisé pour détecter une variation de l'amplitude d'oscillation du micro-levier 4. Pour ce faire, la position du rayon laser réfléchi par ledit micro- levier 4 est repérée par l'intermédiaire d'un détecteur 7 comportant une pluralité de quadrants. A titre d'exemple, ledit détecteur 7 peut notamment consister en une photodiode fendue.
Les signaux captés par les différents quadrants de ce détecteur 7 sont alors amplifiés par un dispositif amplificateur 8 puis renvoyés vers un boitier 9 qui connaît comme référence le signal du premier générateur 10 appliqué à 1' activateur piézoélectrique 5. Les données concernant d'une part la réflexion du rayon laser, traduisant l'oscillation du micro-levier 4 , et d' autre part le signal du premier générateur 10, correspondant au signal oscillant de référence appliqué au micro-levier 4 , sont alors transmises à un dispositif 15 permettant une comparaison de ces données . Toute variation de l'amplitude de l'oscillation du micro-levier 4 est ainsi détectée.
Dans l'optique de distinguer les forces d'interaction de courte portée, telle que les interactions de Van der Waals, des interactions électrostatiques de longue portée, qui ont lieu entre la pointe 3 et l'échantillon 2, la méthode est réalisée en deux étapes, comme schématisé sur la figure 2 ci jointe.
Dans la première étape, décrite ci-dessus, la pointe effilée 3 suit la topographie de la surface de l'échantillon 2 ; il en résulte la détection d'un profil topographique 11, représenté sur la partie droite de la figure 2, et ce profil 11 est alors enregistré.
Dans une seconde étape, ladite pointe effilée 3 est remontée par rapport à la surface de l'échantillon 2 et est maintenue à une distance d constante de cette surface, d étant typiquement de l'ordre de lOOnm. En suivant le profil topographique 11 enregistré lors du premier passage, ladite pointe 3 parcourt l'échantillon 2 et le système procède à un enregistrement des potentiels électrostatiques 12 de la surface de sorte à obtenir également un profil 13 de ces potentiels 12. Pour compenser les différences entre le potentiel de cette pointe 3 et le potentiel de la surface de l'échantillon 2, et pour annuler l'oscillation du micro-levier 4 et de la pointe effilée 3, une tension est appliquée audit micro-levier 4 (interrupteur S2 fermé) . Avantageusement, cette tension est appliquée par l'intermédiaire d'un second générateur 19, et éventuellement d'un amplificateur 20, ce dernier permettant une amplification de la tension délivrée par le second générateur .
En fonction des mesures qui sont effectuées par le dispositif 1, d'une part la mesure de la topographie et d'autre part la mesure de potentiels électrostatiques, une boucle de retour 14 va permettre un contrôle de la pointe effilée 3 du micro-levier 4. En particulier, cette boucle de retour 14 est reliée notamment au dispositif de comparaison des données 15 et au scanner piézoélectrique 16. Plus particulièrement, lors de la première étape de mesure de la topographie de l'échantillon 2 à analyser, la boucle de retour 14 utilise l'information sur l'amplitude d'oscillation du micro-levier 4 envoyée par le boîtier 9 au dispositif de comparaison des données 15. La boucle de retour 14 va alors générer une réponse proportionnelle à la différence d'amplitude entre l'amplitude de référence et celle détectée, de sorte que le scanner piézoélectrique 16 s'étende ou se rétracte pour que la pointe effilée 3 s'éloigne ou se rapproche de la surface de l'échantillon 2, dans le but de maintenir une force d' interaction constante entre ladite pointe 3 et l'échantillon 2. Le micro-levier 4 est à la terre, et il n'y a donc pas de retour sur la tension appliquée .
Lors de la seconde étape de mesure des potentiels, la pointe effilée 3 suit le profil topographique préenregistré 11 et, en conséquence, il n'y a pas de retour sur le positionnement en hauteur de ladite pointe 3.
Selon une caractéristique essentielle du procédé selon la présente invention, et dans le but d'éviter les artefacts topographiques dus à une accumulation de charges dans un échantillon polarisé 2 à analyser, ce dernier n'est pas polarisé lors de l'étape de mesure du profil topographique 11 de la surface de l'échantillon 2. Cela permet avantageusement d'éviter une accumulation de charges à la surface de l'échantillon 2 durant la mesure de la topographie de cette surface .
La seconde phase, dans laquelle on procède à la mesure du potentiel de ladite surface, est effectuée en présence des tensions externes appliquées à l'échantillon 2. Les tensions externes produisent une polarisation dudit échantillon 2, et la mesure du profil de potentiel de surface permet d' identifier certaines caractéristiques de l'échantillon.
Le procédé selon l'invention s'applique donc tout particulièrement à des dispositifs électroniques polarisables , tels que par exemple, mais non limitâtivement , des dispositifs semi-conducteurs. En d'autres termes, un dispositif polarisable correspond à un dispositif qui est polarisé en fonctionnement, par l'intermédiaire d'une source de tension, notamment externe.
De façon particulièrement préférentielle, la polarisation de l'échantillon 2 au moment de la mesure de potentiel est obtenue par l'intermédiaire d'une source externe de tension 17, représentée schématiquement sur la figure 1 ci-jointe. Les tensions externes appliquées audit échantillon 2 par l'intermédiaire de ladite source 17 permettent de le mettre dans son état de fonctionnement, ce qui peut faire apparaître une quantité importante de charges électriques à proximité de sa surface, ces charges étant incompatibles avec une mesure précise de la topographie .
La source externe 17 est avantageusement synchronisée à la boucle de contrôle 14 par l'intermédiaire d'un module de synchronisation 18. La liaison entre ladite boucle de contrôle 14 et ledit module 18 est obtenue préférentiellement via une sortie TTL (Transistor-transistor logic) 21.
Préférentiellement, un interrupteur S3 visible sur la figure 1 jointe permet la synchronisation boucle 14/source de tension 17 S3 est alors ouvert au moment de la mesure de topographie, et, au contraire, au moment des mesures de potentiel, l'interrupteur S3 est fermé.
Une telle synchronisation, entre la boucle de contrôle 14 et la source externe de tension 17 permet de faire en sorte que l'échantillon analysé 2 ne soit pas polarisé au moment de l'étape de mesure topographique, et polarisé au moment de la mesure du profil de potentiel .
En pratique, la topographie d'un échantillon 2 est mesurée ligne par ligne. Une telle mesure prend généralement de l'ordre d'une seconde. Lorsque la topographie d'une ligne est mesurée, la pointe effilée 3 est remontée et placée à une distance constante par rapport à la topographie de l'échantillon 2, l'interrupteur S3 est fermé et le potentiel de la ligne est mesuré. Ensuite, lorsque la topographie et le potentiel d'une ligne ont été analysés, le dispositif 1 passe à la ligne suivante, et l'interrupteur S3 est ouvert. Ainsi, environ toutes les secondes, il convient d'appliquer ou non une tension pour polariser ou non ledit échantillon 2.
Pour en revenir à présent à la source externe de tension 17, celle-ci consiste en un générateur apte à délivrer des tensions devant être comprises dans une gamme de fonctionnement compatible avec le second générateur 19 et avec l'éventuel amplificateur 20 ; en effet, ces derniers doivent être aptes à appliquer une tension permettant d'annuler l'oscillation de la pointe effilée 3 au moment des mesures de potentiel. Typiquement, les tensions pouvant être délivrées par un second générateur 19 sont comprises entre 0 et ±10V. Cependant, pour des échantillons 2 nécessitant de fonctionner sous des polarisations plus élevées, et qu'on souhaite caractériser à des tensions plus élevées, cette gamme de tension peut-être étendue par l'intermédiaire d'un amplificateur 20, jusqu'à une centaine de volts. D'autres solutions techniques doivent le cas échéant être mises en œuvre, par exemple en travaillant sous vide, pour rendre possible l'extension de cette gamme de tension.
La démonstration de l'efficacité du procédé selon la présente invention est détaillée dans l'exemple 1 ci-dessous et les figures 3 et 4 correspondantes. Cet exemple, destiné à illustrer l'intérêt de l'invention, n'est en aucun cas limitatif quant à la portée de l'invention décrite et revendiquée dans les présentes .
L'invention concerne également un dispositif 1 pour la mise en œuvre du procédé décrit ci-dessus.
Celui-ci comporte pour l'essentiel un moyen de mesure de topographie et un moyen de mesure de potentiel . Ce dernier utilise les résultats obtenus par le moyen de la mesure de topographie. Le dispositif 1 selon l'invention comporte encore un interrupteur S3. Ce dernier est conçu pour permettre l'application d'une tension audit échantillon 2 en position fermée et pour annuler l'application de ladite tension en position ouverte. Le dispositif 1 comprend également un module de synchronisation 18 configuré pour synchroniser l'ouverture et la fermeture dudit interrupteur S3 de sorte que la tension ne soit pas appliquée à l'échantillon 2 pendant la mesure topographique, et soit appliquée à l'échantillon 2 pendant la mesure du potentiel .
De façon préférentielle, le module de synchronisation 18 est relié d'une part à la boucle de retour 14 et d'autre part à ladite source externe de tension 17, ledit module de synchronisation étant apte à commander l'interrupteur S3 pour son ouverture ou sa fermeture .
Plus préfèrentiellement, un tel dispositif 1 comporte au moins :
une pointe effilée 3 apte à balayer la surface d'un échantillon 2 ;
un micro-levier 4 relié à ladite pointe 3 ;
- un activateur piézoélectrique 5 relié à un premier générateur 10 pour activer le micro-levier 4 à sa fréquence de résonance, celui-ci oscillant alors à une certaine amplitude ;
un scanner piézoélectrique 16 apte à contrôler le positionnement de la pointe effilée 3 ;
des moyens de détection des variations de l'oscillation du micro-levier 4 ; ces moyens consistent préférentiellement en un boitier laser 6 et un détecteur 7, notamment une photodiode fendue ;
un dispositif amplificateur 8 relié aux moyens de détection du signal ;
un boitier 9 relié d'une part au dispositif amplificateur 8 et d'autre part au premier générateur 10, le boitier 9 ayant de ce fait comme référence le signal dudit premier générateur 10 appliqué au micro-levier 4 ;
un dispositif 15, relié au boîtier 9, et apte à comparer les données obtenues avec les données de référence ; une boucle de retour 14, reliée au dispositif 15 et au scanner piézoélectrique 16 ;
un second générateur 19, relié au dispositif 15, et éventuellement à un amplificateur 20 de la tension délivrée par ledit générateur 19, cette tension étant préférentiellement comprise entre 0 et ±10V et étant appliquée au micro-levier 4 de sorte à contrebalancer son oscillation et à permettre les mesures de potentiel ;
une source externe de tension 17 pour la polarisation de l'échantillon 2.
Le dispositif 1 selon l'invention permet avantageusement de synchroniser l'application ou non d'une tension par la source 17 à la mesure de potentiel et de topographie. En d'autres termes, le module de synchronisation 18 permet de ne pas polariser l'échantillon 2 lors de la mesure du profil topographique.
Exemple 1 : Démonstration de la méthode selon l'invention sur un dispositif électronique polarisé de type OFET
La présente méthode a été mise en œuvre sur un dispositif électronique polarisé, et plus particulièrement sur un transistor OFET (Organic Field Effect Transistor) 21, représenté sur la figure 3A annexée, et dans lequel le matériel semi conducteur 22 consiste en du poly (3-hexylthiophène) ou P3HT, déposé sur une structure d' électrodes formant un transistor .
En particulier, les transistors de ce type peuvent être soumis à des tensions appliquées qui peuvent atteindre ±100V, ce qui pose des problèmes lors des mesures de leur profil topographique .
Ledit transistor OFET 21 comprend notamment trois zones d'intérêt 23, 24 et 25.
Plus particulièrement, la zone 23 correspond à une électrode « drain » à potentiel constant, la zone intermédiaire 24 correspond au canal du transistor 21 et la zone 25 correspond à une électrode « source » à potentiel constant .
La polarisation du transistor 21 est donc externe et les tensions appliquées au niveau des zones d'intérêt 23, 24 et 25 ne sont traditionnellement pas synchronisées avec le passage de la pointe 2 ; en conséquence, l'étape de mesure de la topographie du transistor 21 est effectuée alors que celui-ci est polarisé.
Dans le cas où des charges statiques sont présentes sur l'échantillon 21 au moment de la mesure de la topographie de celui-ci, la force d'interaction entre la pointe 3 et ledit échantillon 21, notée Ftip, s'exprime comme suit :
Dans la formule ci-dessus, FVd , Fei et Fcapii correspondent respectivement à la force d'interaction de Van der Waals, à la force électrostatique due à la présence de charges de surface, et à la force capillaire due à l'humidité de l'air. Cette force peut notamment être présente lorsque la méthode est mise en œuvre dans des conditions ambiantes .
En particulier, lorsqu'un composant est polarisé par une tension, des charges électriques sont apportées au composant par le générateur. Ces charges sont susceptibles de créer une force électrostatique Fei au voisinage de la surface du composant, introduisant ainsi des artefacts de mesure pouvant être interprétés comme étant des détails de la topographie de la surface. Selon la méthode traditionnelle, la mesure de topographie est effectuée sur un échantillon polarisé, et la force Fel va donc altérer le profil de topographie enregistré. Le profil de potentiel mesuré ensuite sera donc également altéré .
Selon la méthode proposée, la mesure de topographie est effectuée sans polarisation externe du composant, en annulant la composante Fei.
Une fois la mesure topographique effectuée, le moyen de mesurer la valeur de la composante Fei est d' éloigner la pointe effilée 3 de plus de lOnm de la surface. En effet, Les forces de Van der Waals Fvdw et les forces capillaires Fcapil diminuent de façon significative lorsque la distance entre la pointe effilée 3 et l'échantillon 21 est supérieure à lOnm. Généralement, ladite pointe est placée à une distance de l'ordre de lOOnm par rapport à la surface, ce qui rend négligeables les deux composantes FVd et Fcapii. Les tensions externes sont appliquées au composant lors de cette seconde phase .
Dans le but de montrer l'intérêt et l'efficacité de la présente méthode, des mesures comparatives du profil topographique et du potentiel de surface ont été effectuées .
Plus particulièrement, on a mesuré dans un premier temps le profil topographique et le potentiel d'un transistor 21 polarisé, d'une part, par l'application d'une tension égale à -15V entre la source 25 et le drain 23 (Uds sur la figure 3B) et, d'autre part, par l'application d'une tension égale à -15V entre la grille 26 et la source 25 (Ugs sur la figure 3B) . Ces mesures ont également été réalisées sur un transistor 21 dont la polarisation est synchronisée en fonction de l'étape de la méthode qui est mise en œuvre, c'est-à-dire que les tensions appliquées au transistor 21 sont égales à 0V pendant la mesure du profil topographique.
Les résultats obtenus sont illustrés sur les figures 4A et
4B.
Plus particulièrement, la figure 4A permet de comparer la mesure topographique d'un transistor 21 polarisé en continu (courbe en pointillés) lors des deux étapes de mesure et du même transistor 21 lorsque la polarisation de celui-ci est synchronisée (courbe continue) , non polarisé pendant la mesure topographique, et polarisé pendant la mesure de potentiel.
Il est nettement visible sur cette figure que les profils topographiques obtenus sont différents, selon que la polarisation du transistor 21 est appliquée ou pas au moment de la première étape de mesures .
Etant donné que les mesures de potentiel sont effectuées alors que le micro-levier 4 est placé à une hauteur constante suivant la topographie préenregistrée de la surface, chaque artefact topographique enregistré durant la première étape de mesure entraine inévitablement des erreurs dans les mesures de potentiel .
Les mesures de potentiel obtenues sont représentées sur la figure 4B ; la courbe en pointillés représente les potentiels mesurés sur un transistor 21 polarisé en continu et la courbe noire continue représente les potentiels d'un transistor 21 dont la polarisation est alternée, ledit transistor 21 étant dépolarisé au moment des mesures topographiques et polarisé lors des mesures de potentiel.
Cette figure permet d'illustrer que, comme la topographie préenregistrée n'est pas précise, dans le cas d'un transistor 21 polarisé en continu, la hauteur à laquelle est placé le microlevier 4 lors de la mesure de potentiel n'est pas constante par rapport à la topographie effective dudit échantillon 21. Il en résulte des mesures de potentiel défaillantes . Plus particulièrement, les différences de mesures de potentiel atteignent plus de 12,5% entre un transistor 21 dont la polarisation est alternée et le même transistor 21 dont la polarisation est continue tout au long des mesures de topographie, puis de potentiel.
Il ressort donc, des mesures effectuées expérimentalement illustrées sur les figures 4A et 4B, que l'erreur induite durant l'étape de mesure du potentiel par les artefacts topographiques est significative et peut être corrigée par la mise en œuvre du procédé selon la présente invention, à savoir l'application synchronisée d'une polarisation à l'échantillon dont on veut mesurer le potentiel de surface.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples illustrés et décrits précédemment qui peuvent présenter des variantes et modifications sans pour autant sortir du cadre de 1 ' invention .

Claims

Procédé pour la mesure du potentiel de surface d'un échantillon (2) polarisé comportant les étapes suivantes :
on mesure le profil topographique (11) dudit échantillon (2) en balayant la surface de ce dernier à l'aide d'une pointe effilée (3) reliée à un micro-levier (4) activé à sa fréquence de résonance par un activateur piézoélectrique (5) ; on place ladite pointe effilée (3) à une distance (d) constante par rapport au profil topographique (11) de la surface obtenu lors de l'étape précédente ;
on mesure le potentiel électrostatique (13) de ladite surface ;
ledit procédé étant caractérisé en ce que l'on ne polarise pas ledit échantillon (2) lors de l'étape de mesure du profil topographique (11) et en ce que l'on polarise ledit échantillon (2) lors de la mesure du profil de potentiel (13) .
Procédé pour la mesure du potentiel de surface d'un échantillon (2) polarisé selon la revendication précédente caractérisé en ce que l'on polarise ledit échantillon (2) par l'intermédiaire d'une source externe de tension (17) appliquant une tension comprise entre 0 et ±10V.
Dispositif (1) pour la mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 comprenant un moyen de mesure de topographie et un moyen de mesure de potentiel utilisant les résultats de la mesure de topographie, caractérisé en ce qu'il comporte encore un interrupteur (S3) conçu pour permettre l'application d'une tension audit échantillon (2) en position fermée et pour annuler l'application de ladite tension en position ouverte, et un module de synchronisation (18) configuré pour synchroniser l'ouverture et la fermeture dudit interrupteur (S3) de sorte que la tension ne soit pas appliquée à l'échantillon (2) pendant la mesure topographique, et soit appliquée à l'échantillon (2) pendant la mesure du potentiel .
Dispositif (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte une pointe effilée (3) apte à balayer la surface d'un échantillon (2) polarisé par l'intermédiaire d'une source externe de tension (17), ladite pointe effilée (3) étant reliée à un micro-levier (4) apte à être activé à sa fréquence de résonance par un activateur piézoélectrique (5) et un premier générateur (10) , ledit dispositif (1) comportant encore un scanner piézoélectrique (16) apte à contrôler le positionnement de la pointe effilée (3) et des moyens de détection des variations de l'amplitude d'oscillation du micro-levier (4) , ces moyens de détection étant reliés à un dispositif amplificateur (8) du signal, lui-même relié à un boitier (9) présentant comme référence le signal du premier générateur (10), ledit boitier (9) étant relié à un dispositif (15) apte à comparer les données obtenues avec les données de référence, ledit dispositif de comparaison (15) étant apte à transmettre les données à une boucle de retour (14) reliée au scanner piézoélectrique (16) , ladite boucle (14) contrôlant la position de la pointe (3) par l'intermédiaire dudit scanner (16), ledit dispositif de comparaison (15) étant encore relié à un second générateur (19) apte à délivrer une tension audit micro-levier (4) , ledit module de synchronisation (18) étant relié d'une part à la boucle de retour (14) et d'autre part à ladite source externe de tension (17) par l'intermédiaire dudit interrupteur (S3) .
Dispositif (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte encore un amplificateur (20) , relié au second générateur (19) et apte à amplif la tension délivrée par celui-ci au micro-levier (4) .
EP13779256.0A 2012-09-18 2013-09-18 Procédé pour la mesure de potentiels de surface sur des dispositifs polarisés Withdrawn EP2898331A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1258747A FR2995698B1 (fr) 2012-09-18 2012-09-18 Procede pour la mesure de potentiels de surface sur des dispositifs polarises
PCT/FR2013/052140 WO2014044966A1 (fr) 2012-09-18 2013-09-18 Procédé pour la mesure de potentiels de surface sur des dispositifs polarisés

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2898331A1 true EP2898331A1 (fr) 2015-07-29

Family

ID=47827349

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP13779256.0A Withdrawn EP2898331A1 (fr) 2012-09-18 2013-09-18 Procédé pour la mesure de potentiels de surface sur des dispositifs polarisés

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20150253354A1 (fr)
EP (1) EP2898331A1 (fr)
JP (1) JP2015529828A (fr)
KR (1) KR20150064095A (fr)
CN (1) CN104903731A (fr)
CA (1) CA2883881A1 (fr)
FR (1) FR2995698B1 (fr)
WO (1) WO2014044966A1 (fr)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6227262B2 (ja) * 2013-03-06 2017-11-08 株式会社荏原製作所 表面電位測定装置および表面電位測定方法
WO2018209099A1 (fr) * 2017-05-10 2018-11-15 Cornell University Appareil de microscopie à force atomique, procédés et applications associés
CN108828269B (zh) * 2018-04-26 2020-10-13 中北大学 基于光学定位技术的原子力显微镜精确重复定位实现装置
CN112666369B (zh) * 2020-12-24 2024-07-02 广州中源仪器技术有限公司 原子力显微镜系统
CN113092826B (zh) * 2021-03-05 2023-04-07 中山大学 扫描探针显微镜系统及其测量方法
CN113092825B (zh) * 2021-03-05 2022-12-30 中山大学 原子力显微镜系统及其电流检测方法
CN114397352B (zh) * 2021-12-31 2024-02-20 华中科技大学 一种对探针与样品间距变化不敏感的电势测量方法
CN114322745B (zh) * 2021-12-31 2022-09-30 华中科技大学 一种同时测量导体表面电势和表面形貌的方法
CN116754796A (zh) * 2023-05-10 2023-09-15 北京工业大学 一种高空间分辨率的电磁无损检测方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5267471A (en) * 1992-04-30 1993-12-07 Ibm Corporation Double cantilever sensor for atomic force microscope
JP3294662B2 (ja) * 1993-04-21 2002-06-24 株式会社リコー 表面電位計
US5907096A (en) * 1997-06-02 1999-05-25 International Business Machines Corporation Detecting fields with a two-pass, dual-amplitude-mode scanning force microscope
JP2002214113A (ja) 2001-01-16 2002-07-31 National Institute Of Advanced Industrial & Technology トポグラフ測定方法
CN101493397B (zh) * 2009-02-27 2010-12-29 中山大学 一种静电力显微镜及其测量方法
FR2956484B1 (fr) * 2010-02-15 2012-04-20 Centre Nat Recherche Mesure du potentiel de surface d'un materiau.

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2014044966A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
FR2995698B1 (fr) 2014-10-17
JP2015529828A (ja) 2015-10-08
WO2014044966A1 (fr) 2014-03-27
CA2883881A1 (fr) 2014-03-27
KR20150064095A (ko) 2015-06-10
CN104903731A (zh) 2015-09-09
US20150253354A1 (en) 2015-09-10
FR2995698A1 (fr) 2014-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2898331A1 (fr) Procédé pour la mesure de potentiels de surface sur des dispositifs polarisés
US9846178B2 (en) Chemical nano-identification of a sample using normalized near-field spectroscopy
WO2020049053A1 (fr) Système de mesure de l'absorption d'un rayonnement laser d'un échantillon
HK1251034A1 (en) Chemical nano-identification of a sample using normalized near-field spectroscopy
FR3001294A1 (fr) Microscope a sonde locale multimode, microscope raman exalte par pointe et procede de regulation de la distance entre la sonde locale et l'echantillon
FR2951550A1 (fr) Procede et structure de caracterisation d'une pointe de microscopie a force atomique
EP1949055B1 (fr) Dispositif d'echantillonnage optique heterodyne
FR3085756A1 (fr) Systeme de mesure de l'absorption d'un rayonnement laser d'un echantillon
EP3559644A1 (fr) Dispositif de detection infrarouge
EP2537037B1 (fr) Mesure du potentiel de surface d'un materiau
EP0426559A1 (fr) Spectroscopie discriminante du profil optique d'un objet transparent, obtenu par microscopie optique a balayage en champ evanescent frustre
EP4187265A1 (fr) Dispositif et procédé de caractérisation d'un matériau semiconducteur
EP3443362A1 (fr) Procede et appareil de positionnement d'un micro- ou nano-objet sous controle visuel
Michalas et al. Scanning microwave microscopy for non-destructive characterization of SOI wafers
FR3143123A1 (fr) Traitement in situ des modes couplés de caractérisation ferroélectrique d’un échantillon piézoélectrique
EP4281788A1 (fr) Dispositif de mesure et/ou de modification d'une surface
EP0539321A1 (fr) Détecteur interférométrique de résolution atomique, utilisations et procédés de mise en oeuvre
EP4491489A1 (fr) Système et procédé de détection des défauts d'une voie ferrée
TW202601117A (zh) 具有多重雷射脈衝重複率激發及可選力體積操作之基於原子力顯微鏡的紅外線光譜學
WO2013057426A1 (fr) Dispositif de mesure de force atomique
WO2019149530A1 (fr) Methode de determination d'une vitesse de sedimentation ou de cremage
FR2901601A1 (fr) Microscope a force atomique asservi
FR2929404A1 (fr) Dispositif de positionnement d'un objet mobile submicronique

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20150417

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20151124