La microscopía de capacitancia de barrido ( SCM ) es una variedad de microscopía de sonda de barrido en la que se coloca un electrodo de sonda estrecho en contacto o muy cerca de la superficie de una muestra y se escanea. SCM caracteriza la superficie de la muestra utilizando información obtenida del cambio en la capacitancia electrostática entre la superficie y la sonda.
El nombre Microscopía de Capacitancia de Barrido se utilizó por primera vez para describir una herramienta de control de calidad para RCA/CED ( Disco Electrónico de Capacitancia ), [1] una tecnología de disco de vídeo que fue predecesora del DVD. Desde entonces, se ha adaptado para su uso en combinación con microscopios de sonda escaneada para medir otros sistemas y materiales, siendo el perfil de dopaje de semiconductores el más frecuente.
SCM aplicado a semiconductores utiliza una sonda conductora ultraafilada (a menudo un recubrimiento metálico de película delgada de Pt/Ir o Co/Cr aplicado a una sonda de silicio grabada) para formar un condensador semiconductor-aislante metálico (MIS/MOS) con una muestra de semiconductor si está presente un óxido nativo. Cuando no hay óxido presente, se forma un condensador Schottky. Con la sonda y la superficie en contacto, una polarización aplicada entre la punta y la muestra generará variaciones de capacitancia entre la punta y la muestra. El método de microscopía de capacitancia desarrollado por Williams et al. utilizó el sensor de capacitancia del disco de video RCA conectado a la sonda para detectar pequeños cambios en la capacitancia de la superficie del semiconductor (attofaradios a femptofaradios). Luego, la punta se escanea a través de la superficie del semiconductor mientras la altura de la punta se controla mediante retroalimentación de fuerza de contacto convencional.
Al aplicar una polarización alterna a la sonda recubierta de metal, los portadores se acumulan y agotan alternativamente dentro de las capas superficiales del semiconductor, cambiando la capacitancia punta-muestra. La magnitud de este cambio en capacitancia con el voltaje aplicado proporciona información sobre la concentración de portadores (datos de amplitud SCM), mientras que la diferencia de fase entre el cambio de capacitancia y la polarización alterna aplicada transmite información sobre el signo de los portadores de carga (SCM). datos de fase). Debido a que el SCM funciona incluso a través de una capa aislante, no se requiere una conductividad finita para medir las propiedades eléctricas.
En las superficies conductoras, el límite de resolución se estima en 2 nm. [2] Para la alta resolución, se requiere el análisis rápido de la capacitancia de un capacitor con electrodo rugoso. [3] [4] Esta resolución SCM es un orden de magnitud mejor que la estimada para el nanoscopio atómico ; Sin embargo, al igual que otros tipos de microscopía de sonda , la SCM requiere una preparación cuidadosa de la superficie analizada, que se supone que es casi plana.
Debido a la alta resolución espacial de SCM, [2] es una herramienta útil de caracterización por nanoespectroscopia. Algunas aplicaciones de la técnica SCM implican mapear el perfil dopante en un dispositivo semiconductor en una escala de 10 nm, [5] la cuantificación de las propiedades dieléctricas locales en películas dieléctricas de alta k a base de hafnio cultivadas mediante un método de deposición de capas atómicas [6] y el estudio de la estructura electrónica resonante a temperatura ambiente de puntos cuánticos de germanio individuales con diferentes formas. [7] La alta sensibilidad de la microscopía de capacitancia de barrido dinámico, [8] en la que la señal de capacitancia se modula periódicamente mediante el movimiento de la punta del microscopio de fuerza atómica (AFM), se utilizó para obtener imágenes de tiras comprimibles e incompresibles en un microscopio electrónico bidimensional. gas ( 2DEG ) enterrado a 50 nm debajo de una capa aislante en un gran campo magnético y a temperaturas criogénicas. [9]
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