新型納米級電接觸電阻測量的新技術(shù)

在典型測量過(guò)程中，數字源表的一個(gè)通道用于實(shí)現源和測量操作，另一個(gè)通道用作電流到電壓放大器，將電流數據傳輸到控制計算機?？刂栖浖O其靈活，允許用戶(hù)指定并測量源電流和電壓的幅值，對預定義的壓力或位移點(diǎn)進(jìn)行I-V掃描。用戶(hù)通過(guò)nanoECR軟件界面控制所有的數字源表功能，無(wú)需手動(dòng)修改儀表本身上的參數。憑借該軟件的靈活性和自動(dòng)化的測試例程，用戶(hù)無(wú)需手動(dòng)操作，能夠測試最具挑戰性的樣本。測試時(shí)間高度取決于用戶(hù)定義的變量，但是普通的測試序列耗時(shí)只有大約1分鐘。
Hysitron nanoECR系統分辨率、精度和噪聲指標為：
壓力分辨率：1nN
壓力白噪聲：100nN
位移分辨率：0.04nm
位移白噪聲：0.2nm
電流分辨率：5pA
電流白噪聲：12pA
電壓分辨率：5µV
X-Y定位精度：10nm
硅相位變化的例子
對于研究探測過(guò)程中壓力導致的相位變換（參見(jiàn)參考文獻），硅是一種很好的材料實(shí)例。在探針加載/撤除過(guò)程中隨著(zhù)探針壓力的增大/減小，處于移動(dòng)探針下的納米變形區內會(huì )出現一系列相位變換。在加載探針的過(guò)程中，Si-I（菱形立方晶體結構）在大約11～12GPa的壓力下將轉變?yōu)镾i-II（金屬β-Sn)。在撤除探針時(shí)隨著(zhù)探針/樣本接觸壓力的減小，將會(huì )進(jìn)一步出現從Si-II到Si-III/XII的轉變。
圖2給出了施加的壓力和測得的電流與探針位移之間的關(guān)系曲線(xiàn)。當探針接觸硅表面時(shí)，壓力-位移圖是一條相對連續的曲線(xiàn)，而電流-位移圖在大約22nm的探針位移下出現不連續現象，表明發(fā)生了Si-I 到Si-II的相位變換。在逐漸撤除探針過(guò)程中，壓力-位移和電流-位移的測量結果中都明顯出現了Si-II到Si-III/XII的相位變換。這些變換出現得相當突然，我們將其看成是突入（pop-in）和突出（pop-out）事件，并在圖2中標明。
探針加載/撤除的速度也會(huì )影響材料的電氣特性。例如，在硅表面從最大負荷壓力下快速撤除探針將會(huì )形成α-Si，表現出完全不同的電氣特征。這類(lèi)測量對于諸如硅基MEMS和NEMS器件的研究是非常關(guān)鍵的。在這類(lèi)器件中，對小結構施加的小壓力會(huì )轉變成大壓力，引起材料內部微結構的變化，進(jìn)而決定材料的電氣和機械特性。

圖2. 機械（壓力-位移）和電氣（電流-位移）曲線(xiàn)表明在p型硅的納米變形過(guò)程中出現了壓力導致的相位變換

結束語(yǔ)
成功的開(kāi)發(fā)和制備納米級材料和器件在很大程度上取決于能否定量地評測和控制它們的電氣和機械特性。nanoECR系統提供了一種直接、方便而定量的技術(shù)，使研究人員能夠測出通過(guò)傳統方法不可能測出的材料特性/行為。除了硅之外，這種研究工具還能夠用于研究金屬玻璃、壓電薄膜、有機LED、太陽(yáng)電池和LCD中的ITO薄膜，以及各種納米固體材料，使人們能夠洞察到薄膜斷面、錯位成核、變形瞬態(tài)、接觸電阻、老化、二極管行為、隧道效應、壓電響應等微觀(guān)現象。