Charakterisierung von strukturierten Materialien der Halbleitertechnologie mittels aperturloser Streulicht-Rasternahfeldmikroskopie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Auf der Basis eigener Vorarbeiten wurde ein aperturloses SNOM (ASNOM) entwickelt und aufgebaut, um dielektrische Eigenschaften von Halbleiterstrukturen berührungslos zu charakterisieren. Ein ASNOM detektiert das von einer AFM-artigen Spitze gestreute Licht aufgrund von Dipoloszillationen in der Spitze, die durch die externe Bestrahlung hervorgerufen werden. Um die homodyne Gewinnung des Streulichtsignals zu erzielen, wurde ein optisches System basierend auf einem Michelson Interferometer aufgebaut. Ein CO2-Laser mit einer Wellenlänge von 10,65-11,34 μm wurde als kohärente Lichtquelle verwendet. Die Phasenmodulation des Referenzstrahls wurde mittels eines rückgekoppelten Verschiebetisches erzielt. Zur Herausfilterung des relevanten Signals der optischen Spitze-Probe Wechselwirkung wurde eine DAQ/DSP-Karte venwendet. Das Ausgangssignal des Infrarotdetektors im Interferometer wird durch ein ADC mit einer Rate entsprechend der Spitzen-Oszillationsfrequenz oder einem mehrfachen davon gemessen. Die modulare Struktur der entwickelten Signalverarbeitung erlaubt eine einfache Kontrolle der Daten in ihrer Zeitabhängigkeit und damit eine einfache Korrektur von Artefakten in der Signalgewinnung. Der große Vorteil gegenüber anderen ASNOM-Geräten besteht darin, dass es nicht mehr einen komplexen Aufbau aus zahlreichen Einzelgeräten gibt, sondern eine kompakte Steuereinheit, die im Prinzip eine sehr einfache Bedienung des ASNOMs erlaubt. Problematisch ist jedoch der immer noch sehr komplexe optische Aufbau, der einen optischen Tisch mit den Abmessungen 2 m x 3 m ausfüllt. In einem zweiten Teil des Vorhabens wurde zur Verbesserung der Auflösung von AS-NOM-Messungen wie auch von anderen rastersondenmikroskopischen (SPM)-Techniken weiterhin eine neue Präparationstechnik für nicht senkrechte Querpräparate durch Abtragung mittels fokussierter lonenstrahlen entwickelt. Die Präparation erfolgte dabei unter einem möglichst flachen Winkel zur Probenoberfläche. Da für die ASNOM-Technik die ersten Atomlagen der Oberfläche einen geringeren Einfluss auf die Ergebnisse haben als zum Beispiel bei SCM oder SSRM wurde erwartet, dass die Restschädigung durch die Präparation speziell für die ASNOM-Technik unkritischer wäre. Die Entwicklung war sehr erfolgreich und erlaubt für alle berührungslosen SPM-Techniken eine erhöhte Auflösung im Verhältnis des Präparationswinkels. Bei im Kontaktmodus arbeitenden SPM-Techniken wie vor allem bei SSRM führt die Ga-Kontamination zumindest bei entsprechend präparierten Si-Proben zu einer zu starken Schädigung der Proben während der Messung. Der Vergleich zwischen ASNOM und alternativen Rasterkraftmethoden bzw. konventionellen Analysemethoden (REM; SIMS) zeigte die größere Unabhängigkeit von ASNOM von der Oberflächenpräparation und den Vorteil der berührungslosen Messung; dagegen ergab sich nicht wie erwartet eine verbesserte Ortsauflösung.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Apertureless SNOM imaging of the surface phonon polariton waves: What do we measure?, Applied Physics A, Springer Berlin Heidelberg, 2013,113, 27-30
Kazantsev, D. & Ryssel, H.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00339-013-7869-y) - Scanning Head for the Apertureless near Field Optical Microscope, Modern Instrumentation, 2013, 2, 33-40
Kazantsev, D. V. &. Ryssel, H.
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.4236/mi.2013.22006)
