Измерение электрического потенциала поверхности с использованием статического зонда

Методы контроля изменений электрического потенциала поверхности широко используются в операциях неразрушающего контроля прецизионных поверхностей, например, в электронной промышленности в процессе изготовления полупроводниковых приборов. Целью работы является расширение области применения методик бесконтактного контроля и измерения электрического потенциала поверхности на основе использования статического отсчётного электрода.

Рассмотрены особенности построения и применения устройств измерения электрического потенциала поверхности с использованием неподвижного отсчётного электрода. Несмотря на необходимость увеличения площади зонда по сравнению с устройствами, использующими вибрирующий зонд, методики измерения с неподвижным зондом имеют ряд преимуществ и расширяют область применения измерений электрического потенциала поверхности в контроле изделий с прецизионными поверхностями. Приведены модели формирования измерительного сигна-ла при наличии пространственной неоднородности электрического потенциала поверхности.

1. Kronik L. Surface photovoltage phenomena: theory, experiment, and applications / Leeor Kronik, Yoram Shapira // Surface Science Reports, 1999, vol. 37, iss. 1–5, pp. 1–206. DOI: 10.1016/S0167-5729(99)00002-3

2. Noras A. Non-contact surface charge/voltage measurements. Capacitive probe-principle of operation / A. Noras // Trek. – 2002. – № 3001. – Pp. 1–8.

3. Жарин А.Л. Метод контактной разности потенциалов и его применение в трибологии. – Мн.: Бестпринт, 1996. – 240 с. DOI: 10.13140/RG.2.1.3993.8645

4. Моррисон С. Химическая физика поверхности твердого тела. – М.: Мир, 1980. – 488 с.

5. Пантелеев К.В. Построение измерителей контактной разности потенциалов / К.В. Пантелеев, В.А. Микитевич, А.Л. Жарин // Приборы и методы измерений. – 2016. – Т. 7. – № 1. – С. 7–15. DOI: 10.21122/2220-9506-2016-7-1-7-15

6. Zharin Anatoly. Determining the lifetime of minority charge carriers and iron impurity concentration in semiconductor structures with submicron layers / A. Zharin [et al.] // Euroasian Journal of Semiconductors Science and Engineering. – 2020. – Vol. 2. – Iss. 4, Article 3. – Pp. 17–21.

7. Поляков В.В. Контактная сканирующая емкостная микроскопия большеразмерных образцов / В.В. Поляков // Научное приборостроение. – 2009. – T. 19. – № 3. – С. 62–66.

8. Kronik L. Surface Photovoltage Spectroscopy of Semiconductors / L. Kronik, Y. Shapira // Encyclopedia of Modern Optics. – 2005. – Pp. 36–43. DOI: 10.1016/B0-12-369395-0/00631-X

9. Штрапенин Г. Современные операционные усилители фирмы National Semiconductor / Г. Штрапенин // Компоненты и технологии. – 2005. – № 7. – С. 46–51.

10. Крейг А. Исследование зависимости КРП металлов от механического напряжения методом Кельвина / А. Крейг, Е. Радека // Приборы для научных исследований. – 1970. – № 2. – С. 99–105.

11. Delchar T. A static capacitor method for the measurement of surface potential of gases on evaporated metal films / T. Delchar, A. Eberhagen, F.C. Tompkins // J. of Scientific Instr. – 1963. – Vol. 40. – № 3. – Pp. 105–109. DOI: 10.1088/0950-7671/40/3/308

12. Jacobs J.C. Surface potential measurements of insoluble monolayers using the static-capacitor method / J.C. Jacobs [et al.] // Journal of Colloid and Interface Science. – 1981. – Vol. 84. – Pp. 270–271. DOI: 10.1016/0021-9797(81)90285-X

13. Mizse J. Surface potential mapping: comparison of the vibrating capacitor and the SPV method / Janos Mizse // Solid-State Electronics. – 2000. – Vol. 44. – Iss. 1. – Pp. 509–513. DOI: 10.1016/S0038-1101(99)00264-6

14. Ferrari G. Transimpedance amplifier for high sensitivity current measerements оn nanodevices / G. Ferrari [et al.] // IEEE Journal of Solid-State Circuits. – 2009. – Vol. 44. – No. 5. – Pp. 1609–1616. DOI: 10.1109/JSSC.2009.2016998

15. Woodall I.M. Summary Abstract: Are they really Schottky barriers after all? / I.M. Woodall, I.L. Frecouf // J. Vac. Sci. Technol. – 1982. – Vol. 21. – № 2. – Pp. 574– 576. DOI: 10.1116/1.571766

16. Baytekin H.T. The Mosaic of Surface Charge in Contact Electrification / H.T. Baytekin [et al.] // Science. – 2011. – Vol. 333. – Iss. 6040. – Pp. 308–312. DOI: 10.1126/science.1201512

17. Yamasue Kohei. Surface Potential Fluctuations of SiO2 /SiC Interfaces Investigated by Local Capacitance-Voltage Profiling Based on Time-Resolved Scanning Nonlinear Dielectric Microscop / Kohei Yamasue, Cho Yasuo // Materials Science Forum. Silicon Carbide and Related Materials. – 2021. – Vol. 1062. – Pp. 335– 340. DOI: 10.4028/p-2t7zak

18. Glatzel Th. Kelvin probe force microscopy оn III-V semiconductors: the effect of surface defects оn the local work function / Th. Glatzel [et al.] // Materials Science аnd Engineering. – 2003. – Vol. 102. – Iss. 1–3. – Рp. 138–142. DOI: 10.1016/S0921-5107(03)00020-5

19. Торхов Н.А. Фрактальная геометрия поверхностного потенциала электрохимически осажденных пленок платины и палладия / Н.А. Торхов, В.А. Новиков // Физика и техника полупроводников. – 2009. – T. 43, вып. 8. – С. 1109–1116.

20. Тявловский К.Л. Многопараметрические измерения электрического потенциала поверхности с использованием адаптивной односигнальной модели / К.Л. Тявловский [и др.] // Метрология и приборостроение. – 2008. – № 2. – С. 27–32.

21. Тявловский К.Л. Метрологическое обеспечение бесконтактных измерений параметров микронеоднородного распределения электрического потенциала поверхности / К.Л. Тявловский [и др.] // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. – 2009. – № 4. – С. 34–37.