Wykorzystanie laserowej mikroskopii skaningowej do określenia elektromigracji w dwukrzemku molibdenu

Zakres moich badań obejmuje określenie zjawisk elektromigracji w dwukrzemku molibdenu oraz przyjrzenie się czynnikom wpływającym, takim jak długość badanej linii i materiał herkaujący, na parametry efektywnego ładunku jonowego i energii dezaktywacji. Obecne wyzwanie eksperymentalne polega na rozszerzeniu tej metody na wyższe temperatury. W porównaniu z innymi technikami, nasz protokół wykorzystuje laserowy mikroskop skaningowy. Inne techniki zwykle wykorzystują skaningowy mikroskop elektronowy. W przypadku pomiarów za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego zwykle mamy do dyspozycji przygotowanie próbki, która może mieć wpływ na zmierzoną energię aktywacji i zmierzony efektywny ładunek jonowy, więc w naszym przypadku nie potrzebujemy tego skomplikowanego przygotowania próbki. To również sprawia, że jest szybszy. Skupimy się na badaniu efektywnego ładunku jonowego w dwukrzemku molibdenu w podwyższonych temperaturach, a także na badaniu energii aktywacji dwukrzemku molibdenu w podwyższonych temperaturach i niedofinansowanego dwukrzemku molibdenu domieszkowanego różnymi gatunkami domieszek, a także przyjrzymy się zmianom sztucznie generowanych pustek w różnych materiałach.

[Instruktor] Aby rozpocząć, włącz laserowy mikroskop skaningowy i otwórz oprogramowanie pomiarowe i analityczne. Używając odpowiedniego uchwytu na próbkę, zabezpiecz próbkę tak, aby pozostała zamocowana na stoliku mikroskopu podczas skanowania. Przygotuj dokładne źródło prądu i niezbędne przewody do podłączenia elektrycznego oraz wyreguluj wysokość stolika mikroskopu. Teraz umieść próbkę w uchwycie na próbkę pod laserowym mikroskopem skaningowym. Ustaw próbkę równolegle do stołu mikroskopu i zamocuj ją na miejscu, aby zapobiec wszelkim ruchom podczas pomiarów. Podłącz gniazdko elektryczne źródła prądu do sample lub sample uchwyt w zależności od konfiguracji. Upewnij się, że druty łączące są nadal przymocowane do próbki za pomocą kontroli optycznej. Dostosuj różnicę wysokości między soczewką obiektywu a próbką, aby ustawić ostrość obszaru zainteresowania przy użyciu soczewki obiektywowej o najmniejszym powiększeniu. Użyj ręcznego ustawiania ostrości lub kliknij przycisk autofokus w oknie obserwacji oprogramowania pomiarowego. Zmień soczewkę obiektywu na większe powiększenie i ponownie ustaw ostrość na obszarze zainteresowania. Kontynuuj ten proces, aż obszar zainteresowania będzie wyraźnie widoczny przy najwyższym powiększeniu, takim jak 150X, w oknie obserwacji. Ustaw narzędzia, miarę i średnią liczbę na cztery, a następnie kliknij opcje, a następnie automatyczne zapisywanie, wybierz folder docelowy zapisu, wprowadź prefiks nazwy pliku i próbkę, a następnie kliknij OK. Otwórz okno pomiaru, wybierz tryb eksperta i wybierz ustawienia pomiaru, a następnie profil powierzchni, bardzo dokładny 2048 na 1536 i wysoką dokładność. Aby zwiększyć odległość między soczewką obiektywu a próbką, klikaj strzałki w górę, aż cała powierzchnia stanie się w oknie, a następnie kliknij opcję ustaw górny punkt sprzedaży. Następnie zmniejsz odległość za pomocą strzałek w dół, aż cała powierzchnia będzie widoczna, i kontynuuj, aż powierzchnia ponownie zmieni kolor na, a następnie kliknij ustaw dolny punkt sprzedaży. Kliknij opcję Automatyczne wzmocnienie, a następnie rozpocznij pomiar, aby rozpocząć skanowanie powierzchni. Zwiększ odległość między obiektywem a próbką o kilka milimetrów do jednego centymetra za pomocą strzałek skierowanych w górę, aby rozogniskować laser przed naprężeniem próbki. Zastosuj naprężenie prądowe przy użyciu wcześniej określonych warunków, takich jak gęstość prądu i czas, a następnie zatrzymaj przepływ prądu po określonym czasie. Trzy do pięciu minut po przyłożeniu naprężenia prądowego skoncentruj laserowy mikroskop skaningowy na obszarze zainteresowania, gdy próbka powróci do temperatury pokojowej. Kontynuuj ustawianie ostrości, aż próbka przestanie sama zmieniać ostrość, aby upewnić się, że nie ma dryftów w pomiarze powierzchni spowodowanych zmianami temperatury. Przeskanuj ten sam region, który był skanowany przed bieżącym obciążeniem, używając dokładnie tych samych ustawień, które były używane wcześniej. Otwórz oprogramowanie analityczne i kliknij plik i otwórz, a następnie znajdź właściwy plik. Jeśli plik jest już otwarty, przystąp do korygowania nachylenia próbek po wybraniu obrazu procesowego i popraw pochylenie, aby uruchomić okno korekcji nachylenia. W oknie korekcji ustaw wyświetlany obraz na laser plus optyczny i wybierz metodę korekcji płaszczyzna pochylenia trzech punktów, aby wyświetlić trzy punkty na obrazie. Przesuń linię pomocniczą tak, aby większość każdej linii leżała w tle, a następnie dopasuj trzy punkty blisko obszaru zainteresowania. Następnie przesuń trzy punkty tak, aby płaszczyzna reprezentowana przez dwie linie proste w przekrojach poprzecznych wyrównała się z tłem. Wybierz opcję Nie dopasuj danych zerowej wysokości przesunięcia i automatycznie dostosuj zakres wysokości, a następnie kliknij przycisk Wykonaj, a następnie Zamknij, aby zastosować poprawki. Aby otworzyć okno przycinania, kliknij opcję Przetwarzaj obraz i przycinanie. Wybierz szerokość i wysokość przycinania zgodnie z obszarem zainteresowania, a następnie dostosuj prostokąt zaznaczenia tak, aby obejmował cały obszar zainteresowania. Zapisz poprawiony i przycięty obraz, a następnie kliknij plik i znajdź właściwy plik. Aby wyeksportować obszar zainteresowania z zachowaniem informacji trójwymiarowych, kliknij filet, a następnie output 3D CAD data (Wyjściowe dane CAD) w celu otwarcia okna parametrów wyjściowych. Ustaw ilość pominięcia na jeden, rzeczywistą dokładność wyświetlania liczb na 10, współczynnik powiększenia XY na X1 i zwiększ wysokość do 100%, a następnie wybierz powierzchnię i kliknij ustaw, aby potwierdzić ustawienia. Wybierz dane grupy punktów, aby zapisać dane z jednoznacznie oznaczonymi etykietami. Po zakończeniu eksportu pojawi się okno potwierdzenia. Otwórz wersję oprogramowania ewaluacyjnego i pakietów. Aby uruchomić program, kliknij ikonę strzałki. Przejdź do folderu zawierającego pliki ASC po kliknięciu przycisku Otwórz i wybraniu odpowiedniej ścieżki zapisu. Załaduj pliki ASC do programu z poprawną nazwą próbki z listy wyboru. Upewnij się, że opcja obszaru jest zaznaczona, a następnie kliknij krzyżyk, a następnie obszar. Za pomocą myszy wybierz prostokąt na powierzchni podłoża, aby zdefiniować skalę wysokości. Sprawdź dwa histogramy wysokości przed i po bieżącym naprężeniu, umieszczone obok obrazu obszaru zainteresowania, a następnie dostosuj zaznaczenie, aby upewnić się, że oba histogramy mają rozkład normalny i są podobne. Teraz kliknij przycisk zero oznaczony jako tło, aby ustawić tę wysokość jako poziom tła. Wybierz drugi prostokąt na płaskim przekroju nad testowaną linią. Ponownie zbadaj i dostosuj histogram tak, aby wyglądał na normalnie rozłożony i jak najbardziej podobny. Kliknij linię w obszarze testu, a następnie kliknij przycisk OK, aby zapisać tę wartość wysokości. Następnie ponownie kliknij ikonę strzałki, aby ponownie uruchomić program. Narysuj prostokąt w pobliżu krawędzi pojedynczego pagórka lub puste miejsce na obrazie oznaczonym porównaniem IMG za pomocą lewego przycisku myszy. Dopasuj prostokąt tak, aby ściśle przylegał do krawędzi struktury, korzystając z powiększonego obrazu, takiego jak ten oznaczony jako Swobodne kadrowanie. Doprecyzuj zaznaczony obszar tak, aby prostokąt dokładnie obejmował pagórek, czyli pustkę. Na koniec kliknij przycisk Zapisz obok opcji Porównaj IMG, aby zapisać całkowitą objętość na podstawie sumy pikseli. Pagórki powstałe po naprężeniach prądowych wykazywały wysokość zwykle około 190 nanometrów, z najmniejszymi wyraźnie wykrywalnymi pagórkami na wysokości 34 nanometrów i wymiarami bocznymi około jednego mikrometra. Objętość elektromigracji zwiększała się wraz z długością badanej linii, co pokazuje wykładnicza linia trendu na wykresie. Objętość elektromigracji zwiększała się wraz ze wzrostem gęstości prądu, a dwie różne grubości otaczającego wysokotemperaturowego tlenku krzemu wykazywały różne punkty początkowe elektromigracji. Przy niższej gęstości prądu wynoszącej 2,56 razy 10 do mocy 10 amperów na metr kwadratowy, dane użytkowe wykazały tendencję wzrostową objętości elektromigracji wraz ze wzrostem długości linii.