Elektrické a magnetické vlastnosti
Analýza lokální elektrické vodivosti a rozložení elektrostatického pole
je dalším z úkolů, které před nás klade současný rozmach mikroelektroniky, optoelektroniky nebo průmyslu solárních panelů.
Vzhledem k tomu, že lokální elektrický odpor v mikrostruktuře, kterou teče elektrický proud, přímo souvisí s generovaným teplem
(což představuje nejen ztráty, ale i zhoršení funkce jako takové), snažíme se vyvíjet metody pro mapování
elektrických jevů s co možná nejvyšším rozlišením.
I zde je hlavním nástrojem rastrovací sondová mikroskopie - zde konkrétně využívající vodivého hrotu,
na který můžeme přivést napětí, nebo napětí na něm měřit. Uzavřením elektrického obvodu mezi hrotem a vzorkem můžeme
měřit proud, a díky tomu i elektrickou vodivost. Pokud pohybujeme hrotem v těsné blízkosti povrchu, ale povrchu se nedotýkáme,
můžeme vyhodnotit elektrostatické síly mezi hrotem a povrchem, což lze využít jak pro mapování elektrostatického
pole (mikroskopie elektrostatických sil - EFM),
tak pro měření kontaktního potenciálu mezi hrotem a povrchem (tato technika se nazývá Kelvinova mikroskopie - KPFM).
Přestože proud nebo napětí mezi hrotem a povrchem můžeme změřit velmi přesně, nemůžeme říct, že bychom
byli schopni stanovit např. lokální vodivost s vysokou přesností srovnatelnou s konvenčními metodami měření vodivosti.
Do nejistoty měření musíme započítat vliv kontaktního odporu mezi hrotem a povchem, nejistotu, kudy proud vzorkem teče,
vliv vodivosti samotného hrotu a jeho opotřebení a další podobné jevy, které řádově zhorší nejistotu měření oproti
prostému vyhodnocení odporu z proudu a napětí.
Obdobně jako můžeme mapovat rozložení elektrostatických sil, můžeme
měřit i síly magnetické. Jediným rozdílem je v tomto případě použití hrotu pokrytého vrstvou magneticky tvrdého materiálu
(např. vrstvy niklu a kobaltu), který před měřením zmagnetizujeme. Pomocí této techniky - mikroskopie magnetických sil -
můžeme získat informaci o rozložení magnetického pole, resp. některé jeho komponenty.
Kvantitativní vyhodnocení dat je v tomto případě složitější. Vzhledem k tomu, že rozložení magnetického
pole v rovině nad vzorkem není dáno jednoznačně konkrétním rozložením magnetizace ve vzorku (tedy různá rozložení magnetizace
mohou vyvolat stejné rozložení pole), do hry musí vstoupit numerické simulace a především omezující předpoklady, kterými
vymezíme potencionální rozložení magnetizace ve vzorku. Všechny tyto kroky se pochopitelně musí odrazit ve výsledné
nejistotě mapování magnetizace.
|
 |
| MFM snímek bitů na pevném disku |
Na našem oddělení se v oboru měření elektrických a magnetických polí zabýváme především
výpočty rozložení elektrostatického pole
mezi hrotem a vzorkem a souvisejícími otázkami rozlišení metod, jako je Kelvinova mikroskopie.
Pro tyto účely využíváme metodu konečných prvků, případně metodu konečných diferencí v kombinaci
s metodou FDTD.
|
