Elektrické a magnetické vlastnosti

Analýza lokální elektrické vodivosti a rozložení elektrostatického pole je dalším z úkolů, které před nás klade současný rozmach mikroelektroniky, optoelektroniky nebo průmyslu solárních panelů. Vzhledem k tomu, že lokální elektrický odpor v mikrostruktuře, kterou teče elektrický proud, přímo souvisí s generovaným teplem (což představuje nejen ztráty, ale i zhoršení funkce jako takové), snažíme se vyvíjet metody pro mapování elektrických jevů s co možná nejvyšším rozlišením.

I zde je hlavním nástrojem rastrovací sondová mikroskopie - zde konkrétně využívající vodivého hrotu, na který můžeme přivést napětí, nebo napětí na něm měřit. Uzavřením elektrického obvodu mezi hrotem a vzorkem můžeme měřit proud, a díky tomu i elektrickou vodivost. Pokud pohybujeme hrotem v těsné blízkosti povrchu, ale povrchu se nedotýkáme, můžeme vyhodnotit elektrostatické síly mezi hrotem a povrchem, což lze využít jak pro mapování elektrostatického pole (mikroskopie elektrostatických sil - EFM), tak pro měření kontaktního potenciálu mezi hrotem a povrchem (tato technika se nazývá Kelvinova mikroskopie - KPFM).

Přestože proud nebo napětí mezi hrotem a povrchem můžeme změřit velmi přesně, nemůžeme říct, že bychom byli schopni stanovit např. lokální vodivost s vysokou přesností srovnatelnou s konvenčními metodami měření vodivosti. Do nejistoty měření musíme započítat vliv kontaktního odporu mezi hrotem a povchem, nejistotu, kudy proud vzorkem teče, vliv vodivosti samotného hrotu a jeho opotřebení a další podobné jevy, které řádově zhorší nejistotu měření oproti prostému vyhodnocení odporu z proudu a napětí.

Obdobně jako můžeme mapovat rozložení elektrostatických sil, můžeme měřit i síly magnetické. Jediným rozdílem je v tomto případě použití hrotu pokrytého vrstvou magneticky tvrdého materiálu (např. vrstvy niklu a kobaltu), který před měřením zmagnetizujeme. Pomocí této techniky - mikroskopie magnetických sil - můžeme získat informaci o rozložení magnetického pole, resp. některé jeho komponenty.

Kvantitativní vyhodnocení dat je v tomto případě složitější. Vzhledem k tomu, že rozložení magnetického pole v rovině nad vzorkem není dáno jednoznačně konkrétním rozložením magnetizace ve vzorku (tedy různá rozložení magnetizace mohou vyvolat stejné rozložení pole), do hry musí vstoupit numerické simulace a především omezující předpoklady, kterými vymezíme potencionální rozložení magnetizace ve vzorku. Všechny tyto kroky se pochopitelně musí odrazit ve výsledné nejistotě mapování magnetizace.

MFM snímek bitů na pevném disku

Na našem oddělení se v oboru měření elektrických a magnetických polí zabýváme především výpočty rozložení elektrostatického pole mezi hrotem a vzorkem a souvisejícími otázkami rozlišení metod, jako je Kelvinova mikroskopie. Pro tyto účely využíváme metodu konečných prvků, případně metodu konečných diferencí v kombinaci s metodou FDTD.


(c) CMI 2012

Novinky

Zveme vás na Seminář o metodách blízkého pole.

Snímek měsíce


Atomární schodky na Si

Kontakt

Oddělení primární nanometrologie a technické délky
Český metrologický institut
Okružní 31, 638 00 Brno
pklapetek(at)cmi.cz