第!"卷第#期!""$年%月电子显微学报!"#$%&’"()*+%,-,.’,/0$"%1+/$"-/"234"/+,03&’()!"，*’+#!""$)%文章编号：$""")%!,$（!""$）"#)"!#!)"%扫描静电力显微镜及其电荷捕获-释放技术王志勇，张鸿海，鲍剑斌，郭文明，汪学方（华中科技大学机械科学与工程学院，武汉.#""/.）摘要：介绍扫描静电力显微测量及用其实现电荷捕获释放的技术现状、发展动向，以及关键技术的一些最新成果。前者已被广泛应用于测量半导体表面电荷密度分布、表面电势以及铁电材料铁电体结构的研究中；后者可望用于研制速度和存贮容量都比现在提高成千上万倍的量子器件。最后，本文探讨了基于微晶振的静电力显微测量的关键技术及其解决方案。关键词：扫描探针显微镜；扫描力显微镜；静电力显微镜；电荷存储中图分类号：0*$%，0*.1!文献标识码：2收稿日期：!""$)"$)",；修订日期：!""$)"#)!"扫描静电力显微测量技术及其应用345公司瑞士苏黎世实验室的64788789等人研制成功的扫描隧道显微镜（:;<887890=88>(78957;?’@;’A>，:05），使人类第一次实时的观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理化学性质。至此，建立在"+$至$""8B尺度上的纳米科技得到了迅速发展。在:05基础上发展起来的扫描探针显微镜（:;<88789C?’D>57;?’@;’A>，:C5）家族，近年来已发展为成熟的具有原子级分辨率的表面微观形貌测量工具，不仅可用来测量导体，而且可用于绝缘体，为人类提供了一种认识微观世界有效工具。（$）可使用静电力显微镜（E(>;F?’@F
57;?’@;’A>，EG5）来测量样品局部电特性，如表面电势、表面电荷以及铁电材料掺杂结构［$，!］。已经应用于微电子元器件、超大规模集成电路、微电子机械系统以及纳米材料的微观电特性的研究。例如，利用高灵敏度的静电力显微镜测量了:7#*.的表面离子的移动以及其空间分布［#］。表面流动电荷的运动是影响半导体元件和3H系统性能不稳定的主要原因，因此使用EG5对这种电荷成像，尤其在其它方法观察不能确定时为元件的设计提供了非常有益的信息，而且EG5使用的纳米级探针可获得更高的分辨率。（!）可用于研究电荷的捕捉-释放技术。$11/年，科学家首次成功的用单电子移动单电子，利用这种技术可望获得速度和存贮容量都比现在提高成千上万倍的量子计算机。其中关键技术为单电荷的操作技术，将电子作为波动处理的纳米电子学将使量子元件代替微电子元器件，这种量子器件具有超高速、超容量、超微型、低功耗的特点。例如，有人利用扫描电容显微镜（:;<88789H57;?’@;’A>，:H5）来研究:7I!-:7材料的电荷捕获-释放现象［.］。与表面电荷测量一样:H5能够实现局部电荷捕捉-释放，在实现超高密度存储技术中具有巨大潜能。扫描静电力显微测量技术的发展56扫描静电力显微测量原理与成像方式!.71的工作原理现有的EG5与:H5都是在基于微悬臂的原子力显微镜（2F’B7;G’?;>57;?’@;’A>，2G5）的基础上开发的。即在悬臂针尖与样品之间施加可调交流电压信号，二者之间产生静电力，由!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!于样品图!"#$的工作原理#%&’!()*+,%-./01"#$表面电荷的影响，静电力发生变化，将改变微悬臂的振动特性，固定在微悬臂上的微小反射镜改变了光路，用激光干涉测微仪可以获得这种微小变化。"#$的基本原理如图!所示。!静电力显微镜成像方式静电力显微镜成像方式有两种：电场梯度成像和表面电势成像。电场梯度成像技术相对简单，测量的是样品电场变化。样品可以是导体、绝缘体或半导体。但因为表面形貌与电场梯度混合在一起，对于表面形貌特征变化大的样品，很难获得真实的样品表面电场信息。表面电势成像测量的是样品表面的有效电压，即测量过程中调节针尖电压，使针尖与样品之间的静电力最小（此时，针尖与样品上的电压相等），通过针尖所加电压获得样品表面电势信息。由于静电作用属于长程作用力，因此利用静电力显微镜研究样品电特性采用2%13405/模式测量，以减小表面形貌的影响［6］。每一条扫描线都进行两次扫描：首先，形貌测量是采用轻敲模式获得；然后针尖提起一定高度第二次扫描，扫描过程中保持针尖与样品间距恒...
