新型納米級電接觸電阻測量技術(shù)

　　電流分辨率：5pA

　　電流白噪聲：12pA

　　電壓分辨率：5?V

　　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*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。