副標題：跨越空間尺度與物理場：在亞納米分辨率下揭示半導體界面的電學演變規律

• 發布日期： 2026年04月15日

• 作者： 森德儀器/應用技術部

• 儀器類別： 分析儀器、檢測設備

• 閱讀時間： 約 15 分鐘

• 關鍵詞： AFM技巧、C-AFM、KPFM、形貌電學同步、森德儀器、實驗室設備

• 空間相關性（Spatial Correlation）： 傳統的“先測形貌，再測電學"方案，由于重新尋位和熱漂移的影響，很難實現納米級的空間對齊。同步測量確保了每一個電學像素點都能對應到準確的幾何高度。

• 界面態的本質揭示： 針對 GaN 外延或 SiC 材料，同步測量能夠直接揭示表面位錯、臺階邊緣與漏電流路徑或功函數波動之間的直接因果關系。

• 技巧要點：

• 探針選型： 針對金屬薄膜建議使用鉑銥（Pt/Ir）涂層探針；針對硬度較高的氧化物，則需選用金剛石涂層探針以保證電學穩定性。

• 增益控制： 由于漏電流通常在 pA 級別，必須根據材料的導電性動態切換前置放大器的增益范圍（Gain），平衡噪聲水平與響應速度。

• 環境控制： 在測量高k介質的漏電點時，建議在手套箱或氮氣氛圍下進行，防止表面吸附水膜引起的偽電流信號。

• 技巧要點：

• 雙掃描模式（Lift Mode）： 第一遍掃描獲取形貌，第二遍抬高一定高度（通常為 10-30nm）測量電信號。抬高高度（Lift Height）是關鍵：太高會丟失空間分辨率，太低則會受到范德華力的干擾。

• 功函數標定： 測量前需在已知功函數的標準樣品（如 HOPG 或金膜）上進行校準，才能獲得樣品的絕對功函數數值。

• 技巧要點：

• 相位靈敏度： SCM 的相位決定了摻雜類型（N型或P型），而幅值決定了摻雜濃度。

• 樣品制備： 截面 SCM 測量前，樣品需進行極其精細的拋光（CMP 級別），任何表面損傷都會引入電荷陷阱，導致濃度圖譜失真。

• 應用場景： 監控 HfO2 或多層 ONO 結構中的電學薄弱點。

• 技術要求： 識別由于晶界或應力引起的局部穿透。

• 森德適配性： 森德提供的超高靈敏度導電模塊，能捕捉亞 pA 級的微小電流波動，支持在動態偏壓下實時觀察電解擊穿過程。

• 應用場景： 關聯位錯（Dislocation）與漏電流、費米能級釘扎的關系。

• 技術要求： 能夠在大面積掃描中快速定位單個位錯點的電學特征。

• 森德適配性： 利用 KPFM 與形貌同步掃描，可以清晰顯示 GaN 臺階流頂端的電勢異常，為外延工藝優化提供直觀證據。

• 應用場景： 測量石墨烯或過渡金屬硫化物的層數與導電性關系，以及憶阻器的細絲形成過程。

• 技術要求： 精準的力反饋控制，防止針尖劃傷極其脆弱的單原子層表面。

• 森德適配性： 結合 PeakForce TUNA 技術，森德設備實現了在超低作用力下的形貌與導電性同步輸出，極大延長了貴金屬探針的使用壽命。

• ISO 11039: 表面化學分析——掃描探針顯微鏡——校準近場掃描光學顯微鏡及其相關性能。

• ASTM E2382: 掃描探針顯微鏡中波導與掃描器引導性的評價指南。

• GB/T 31057.2: 顆粒材料 物理性能測試 第2部分：原子力顯微鏡形貌測量方法。