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CN107636475A - 用于制造纳电子机械系统探针的系统和方法 - Google Patents

用于制造纳电子机械系统探针的系统和方法 Download PDF

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CN107636475A
CN107636475A CN201680024285.XA CN201680024285A CN107636475A CN 107636475 A CN107636475 A CN 107636475A CN 201680024285 A CN201680024285 A CN 201680024285A CN 107636475 A CN107636475 A CN 107636475A
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CN
China
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tip
microscope
sample
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夸梅·安蓬萨
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Original Assignee
Sharant LLC
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Publication date
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Abstract

用于制造用于扫描探针显微镜检查的多个集成尖端探针的系统和方法。根据实施例，一种被构造成对样本进行分析的显微镜探针，该显微镜探针包括：可移动探针尖端，其包括端子探针端；第一致动器，其被构造成使可移动探针尖端沿着第一轴移置；以及检测组件，其被构造成响应于施加的信号来检测可移动探针尖端的运动；其中可移动探针尖端包括贴附到支撑层的金属层，该金属层在端子探针端处的至少部分延伸超过支撑层。

Description

用于制造纳电子机械系统探针的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年2月26日提交的、标题为“Systems and Methods forManufacturing Nano-Electric-Mechanical-System Probes”的美国临时专利申请第62/121,208号的优先权，该申请的整个公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及用于制造用于扫描探针显微镜检查的多个集成尖端探针的系统和方法。
背景技术
为了实现低功率、高性能电子器件，形成超大规模集成(VLSI)电路的构建块的晶体管的大小大幅度地缩小。然而，工具分辨率和灵敏度一直仍是半导体器件故障隔离和分析的主要挑战。随着晶体管继续按比例缩小到10nm节点及更小，众所周知的光学显微镜检查技术由于波长限制不再起作用。例如，常规的故障分析方法涉及聚焦离子束(FIB)沉积垫或扫描电子显微镜(SEM)的使用。然而，来自FIB和SEM的微小电荷电流不利地影响测量结果。来自FIB和SEM的感应电荷甚至可能破坏超薄晶体管隧穿栅极氧化物层。除此之外，无源电压对比(PVC)技术缺乏识别有故障的通孔和触点的灵敏性。
单尖端扫描探针显微镜检查，比如原子力探测(AFP)和原子力显微镜检查(AFM)，是用于无损地确定IC芯片故障的根本原因的强有力的工具，包括扩展到亚10nm节点体制。然而，AFM有效性严重地受其单尖端设计的限制。结果，存在于薄膜材料和器件中的一系列基本现象是达不到的。仅作为一个例子，薄膜中的错位和颗粒边界的效应不能被表征，因为在纳米尺度上执行跨导(两个尖端之间的传导)测量的能力是关键的差距。跨导将通过提供对于局域态密度、尖端-样本耦合、输运机制、散射相移以及电子的非弹性平均自由程的了解来使得能够更丰富地理解电子如何输运和与它们的环境相互作用。
多尖端SPM已经被作为克服单尖端SPM的固有限制的一种方式提出。然而，建造合适的多尖端SPM一直存在重大挑战。以前的多尖端SPM的方法一直依赖于独立的宏观地制作的探针。这些平台是复杂的，难以致动，并且具有有限的按比例缩小。它们的制造也是极其昂贵的。
因此，在本领域中持续存在对既成本有效的、又容易针对它们将被用于的特定调查制造和功能化的多尖端SPM的需要。此外还需要制造多个集成尖端探针的高效的且成本有效的方法。
发明内容
本公开针对用于制造用于扫描探针显微镜检查的多个集成尖端(MiT)探针的系统和方法。MiT探针是将机械和电功能集成在针对特定调查定制和功能化的整体制作的纳米结构中的纳电子机械系统(NEMS)。MiT扫描探针显微镜提供可被放置在彼此纳米内的两个或更多个整体集成的悬臂尖端与用来放大信号的整体集成的晶体管。结果，MiT SPM能够在不需要激光尖端对齐的情况下执行原子力显微镜检查。此外，MiT SPM能够对其中集成的尖端中的至少两个与样本直接接触或紧邻的表面进行纳米探测。
根据一方面，一种被构造成对样本进行分析的显微镜探针。该显微镜探针包括可移动探针尖端，其包括端子探针端，其中可移动探针尖端包括贴附到支撑层的金属层，该金属层在端子探针端处的至少部分延伸超过支撑层。
根据实施例，显微镜探针包括第一致动器和检测组件，第一致动器被构造成使可移动探针尖端沿着第一轴移置，检测组件被构造成响应于施加的信号来检测可移动探针尖端的运动。
根据实施例，金属是铂、金、钨或镍。
根据实施例，支撑层是硅、二氧化硅或氮化硅。
根据实施例，显微镜探针包括其中每个包括端子探针端的多个探针尖端，所述多个探针尖端中的每个进一步包括贴附到支撑层的金属层，该金属层在端子探针端处的至少部分延伸超过支撑层。
根据实施例，探针进一步包括定位在所述多个探针尖端中的每个之间的绝缘叉指式结构。
根据一方面，一种被构造成对样本进行分析的显微镜探针。该显微镜探针包括多个探针尖端以及定位在所述多个探针尖端中的每个之间的绝缘叉指式结构。
根据实施例，探针包括第一致动器和检测组件，第一致动器被构造成使所述多个探针尖端中的至少一个沿着第一轴移置，检测组件被构造成响应于施加的信号来检测所述多个探针尖端中的所述至少一个的运动。
根据一方面，一种被构造成对样本进行分析的显微镜探针。该显微镜探针包括：(i)第一探针尖端；以及(ii)第二探针尖端，其定位在离第一探针尖端第一距离处，其中第二探针尖端垂直定位在第一探针尖端的下面。
根据实施例，探针包括第一致动器和检测组件，第一致动器被构造成使第一探针尖端和第二探针尖端中的至少一个沿着第一轴移置，检测组件被构造成响应于施加的信号来检测第一探针尖端和第二探针尖端中的所述至少一个的运动。
根据实施例，第一探针尖端和第二探针尖端包括金属。根据实施例，第一探针尖端和第二探针尖端包括相同的金属。根据实施例，第一探针尖端和第二探针尖端均包括不同的金属。
根据另一方面，一种被构造成对样本进行分析的显微镜探针。该显微镜探针包括：(i)可移动探针尖端，其由基板支撑；(ii)第一致动器，其被构造成使可移动探针尖端沿着第一轴移置；以及(iii)检测组件，其被构造成响应于施加的信号来检测可移动探针尖端的运动；(iv)谐振器，其被构造成当探针处于振动模式时振动；以及(v)电容器，其贴附到基板。
根据另一方面，一种用于使用显微镜探针对样本进行分析的方法，该方法包括以下步骤：提供显微镜探针，该显微镜探针包括：(i)可移动探针尖端，其由基板支撑；(ii)谐振器，其被构造成当探针处于振动模式时振动；以及(iii)电容器，其贴附到基板；从电容器接收电流；从谐振器接收电流；将来自电容器的电流和来自谐振器的电流电组合；并且使用电组合的电流来改进样本分析的信噪比。
根据一方面，一种用于实现晶体管的方法。该方法包括以下步骤：提供样本；提供包括多个探针尖端的显微镜探针；使所述多个探针尖端中的第一外探针尖端接触样本，其中第一外探针尖端被构造成充当晶体管的源极端子；使所述多个探针尖端中的第二外探针尖端接触样本，其中第二外探针尖端被构造成充当晶体管的漏极端子；使用所述多个探针尖端中的第三内探针尖端作为晶体管的栅极端子；并且用所述多个探针尖端来表征样本。
根据实施例，内探针尖端包括电介质涂层，并且进一步其中电介质涂层与表面接触。
根据一方面，一种用于实现可变电阻器的方法。该方法包括以下步骤：提供样本；提供包括多个探针尖端的显微镜探针；使所述多个探针尖端中的第一外探针尖端接触样本；使所述多个探针尖端中的第二外探针尖端接触样本；使所述多个探针尖端中的第三内探针尖端接触样本；将电压施加于第一外探针尖端和第二外探针尖端中的任何一个，其中内探针尖端朝向第一外探针尖端或第二外探针尖端偏转；并且基于内探针尖端的偏转来表征样本。
本发明的这些及其他方面从下文中描述的实施例(一个或多个)将是显而易见的。
附图说明
通过结合附图阅读以下详细描述，本发明将被更充分地理解，在附图中：
图1是根据实施例的用于NEMS谐振器的Butterworth-Van Dyke等效电路的示意图。
图2是描绘根据实施例的补偿电容器(静态)与谐振器的并联连接(导致寄生馈通自取消)的电路的示意图。
图3是根据实施例的具有结构等效于谐振器的补偿器件的MiT探针的示意图。
图4是根据实施例的具有使用整体集成的静态结构和谐振结构的片上馈通取消的MiT探针的示意图。
图5是根据实施例的具有金探针尖端的MiT探针的SEM扫描电子显微镜(SEM)图像。
图6是根据实施例的具有MoSi2探针尖端的MiT探针的SEM图像。
图7是根据实施例的MiT探针的示意图。
图8是根据实施例的具有置于硅支撑结构上的铂金属层的MiT探针的SEM图像。
图9是根据实施例的MiT探针的示意图。
图10是根据实施例的MiT探针的示意图。
图11是根据实施例的MiT探针的示意图。
图12是根据实施例的具有三个自由度的MiT探针的顶部示意图。
图13是根据实施例的MiT探针的示意图。
图14是根据实施例的具有三个自由度的MiT探针的顶部示意图。
图15是根据实施例的MiT探针的示意图。
图16是根据实施例的MiT探针的示意图。
图17是根据实施例的MiT探针的示意图。
图18是根据实施例的MiT探针的示意图。
图19是根据实施例的MiT探针的示意图。
图20是根据实施例的MiT探针的示意图。
图21是根据实施例的MiT探针的示意图。
图22是根据实施例的MiT探针的示意图，在该MiT探针中，中间探针尖端表示栅极，侧探针尖端是晶体管的源极端子和漏极端子。
图23是根据实施例的MiT探针的示意图。
图24是根据实施例的MiT探针的探针尖端的示意图，在该MiT探针中，中间探针尖端短于侧探针尖端。
图25是根据实施例的MiT探针的探针尖端的示意图，在该MiT探针中，中间探针尖端短于侧面尖端。
图26是根据实施例的MiT探针的探针尖端的示意图，在该MiT探针中，高或低k电介质沉积在中间探针尖端的顶点处。
图27是根据实施例的可用MiT探针实现的电阻器的示意图。
图28是根据实施例的可用MiT探针实现的可变电阻器的示意图。
图29是根据实施例的可用MiT探针实现的共源放大器的示意图。
具体实施方式
本公开包括一种用于制造与扫描探针显微镜(SPM)系统一起使用的多个集成尖端(MiT)探针的系统和方法。除了许多其他方面之外，MiT-SPM使得能够进行纳米级原子成像、跨导的电探测以及晶体管的参数化分析。
电容耦合和低信噪比导致无源纳电子机械系统(NEMS)器件一般具有较低性能。图1示出NEMS谐振器结构的小型信号电等效电路。谐振器可被建模为典型的Butterworth-VanDyke等效电路，其中Lx、Cx和Rx分别表示运动电感、电容和电阻。Co是谐振器的寄生DC电容，Cp表示从焊线、电路板和封装引入的总寄生电容。如果Co和Cp大，则它们将产生大量电流，该电流将使谐振器的运动电流模糊。从NEMS谐振器的输入(Vin)到输出的电流具有三个主要路径：
If＝Ico+Ix+Icp (方程1)
由以下方程给出NEMS谐振器的导纳：
从方程2，如果反馈电容器Co和寄生电容器Cp增大，则它们的有效阻抗减小，并且将吸收大部分输入电流，从而掩盖运动电流Ix，运动电流Ix是感兴趣的参数。为了最小化Co和Cp的效应，可并联加上板上或板外补偿电容器以取消它们的效应。图2例示说明补偿电容器(静态)与谐振器的并联连接。补偿电容器被固定到基板，所以不产生运动电流。来自静态结构的电流(Ico+Icp)被反相为Icomp。Icomp被与来自谐振器的电流If电组合。ITotal被馈送到板外跨阻抗放大器。
Icomp＝-(Ico+Icp) (方程3)
ITotal＝If+Icomp＝Ix (方程4)
如图3所示，补偿器件在结构上与谐振器相同。形成图3中的静态组件112的梳妆驱动器被固定，而形成谐振器组件114的那些则从基板完全松脱并且能够振动。AC电压和DC电压两者都被施加于电极A2。通过静态组件的寄生电流(Ico+Icp)被板上反相器反相为Icomp，Icomp然后被与谐振器电流If组合。组合电流被馈送到跨导放大器。图3中描绘的探针尖端器件既具有静态组件112，又具有谐振组件114。静态结构被固定在基板上，而谐振结构自由地机械地移动，并且可在振动模式下被激励。
探针尖端可用于在AFM和扫描隧穿显微镜检查(STM)模式下使表面成像。在接触模式AFM下，尖端被拖过样本的表面。当尖端遇到表面的不同粗糙部分时，因为尖端由弹簧支撑，所以它上下移动。尖端的这个上下移动可被差动电容器B1和B2感测到。器件被如图4所示那样偏置，其中AC电压被施加于B1和B2，DC电压被施加于探针尖端。STM图像也可用偏置的探针尖端获取。
VSENSE随着探针尖端的移置改变，并且其值可用于创建表面的3D地形图。对于小的探针尖端移置，利用以下方程：
其中，y是由探针尖端与表面接触引起的小的移置并且y0是B1或B2上的任何指状物和探针尖端指状物之间的默认最小间隙。
例子1——具有差动感测电容器和反馈取消结构的全金属探针尖端的制作
为了确保在探针尖端和样本之间有良好的欧姆，探针尖端和样本的功函数应紧密匹配。在大多数半导体技术节点中，钨插头用于将金属连接到晶体管的源极、漏极和栅极区域。为了探测这些插头，钨探针尖端由于其硬度和高电导率而常被使用。但是钨探针易于氧化，氧化实际上使它们绝缘并且对于电探测是非理想的。化学技术和机械技术两者都被用于移除探针尖端上的氧化物。
具有不同功函数的其他结构将需要不同的导电探针尖端材料。铂和金由于它们的高电导率和不氧化趋势是用于纳米探测的感兴趣金属。金相当软，并且可能粘到表面。为此，具有不同导电材料或金属的探针尖端器件已经被如图5和图6中的SEM图像所示那样制作。根据实施例的表1提供用于纳米制作全金属集成探针尖端器件的方法。参照图7，根据表1的方法的最终定型的探针器件的图像。
表1.全金属集成探针尖端器件的纳米制作方法
例子2——具有金属悬垂部分、寄生馈通自取消和差动感测电容器的探针尖端器件的制作
金属膜中的应力梯度可使探针尖端向上或向下弯曲。为了减轻应力梯度的效应，可将金属机械地附连到支撑材料。
根据实施例，图8、图9和图10例如示出探针尖端的金属端子探针端80，其置于硅支撑层82上，由硅支撑层82支撑，或被贴附到硅支撑层82上。金属探针尖端80延伸超过硅支撑层82，并且在AFM/STM成像和纳米探测期间，只有金属探针尖端80与样本接触。选择的金属不限于铂，但是金和其他导电材料也可被利用。此外，各种材料(比如二氧化硅、氮化硅)可用于结构支撑层。铂尖端既可用于AFM/STM成像，又可用于纳米探测。表2中概述了用于金属悬垂探针尖端的纳米制作方法的实施例。
表2.具有延伸导电材料/金属悬垂部分的探针器件的纳米制作方法
用于金属的支撑层不限于硅，但是其他材料(除了别的材料之外，比如二氧化硅、氮化硅和MoSi2)。两个或更多个单独的探针尖端可被同步地且同时地用于执行样本的AFM或STM成像。使用获取的图像，可将单个的尖端导航到样本上的特定点。例如，可使用所述器件来纳米探测集成电路(IC)中的插头，其中所有四个单个的探针尖端被同时扫描以获取STM或AFM图像、随后被导航到特定插头以用于纳米探测。3D图像然后可用作用于将每个尖端定位在样本上的特定点处的反馈。
根据使用上面表2中概述的制作过程的实施例，弯曲探针尖端可如图10所示那样实现。这些尖端可具有集成偏转电极和集成差动电容传感器，集成偏转电极可致动并且感测谐振中的探针尖端，集成差动电容传感器用于感测探针尖端器件的运动。这些弯曲尖端中的两个或更多个可被同步，并且被用于执行器件的原子力探测。
根据使用表2中概述的制作过程的实施例，可实现具有延伸金属悬垂部分的预定义形状的多个单个尖端。这些探针尖端可如制作的那样使用，或被焊接到金属柄，并且被插入到操纵器中。如果SOI器件层厚，则埋入的氧化物层可被充分蚀刻掉以使探针尖端松脱。
例子3——在两个或更多个探针尖端之间具有叉指式结构的整体集成的探针尖端的制作
自由松脱的且悬挂的多个集成尖端在松脱过程之后或在纳米探测期间趋向于相互拉进。为了减轻拉进效应，可将叉指式结构整体地插入到探针之间。下面表3例示说明根据实施例的用于整体地实现叉指式结构的制作过程。参照图11，根据表3的方法的最终定型的探针器件的图像。在图11中，例如，探针包括结构90，其中叉指式结构92定位在探针尖端94之间及外部。
表1：用于在探针尖端之间整体地实现叉指式结构的方法。
4尖端MiT探针可被认为是接地-信号-接地信号(GSGS)探针器件，其中异相的两个信号可被引入在信号探针上，并且被接地探针屏蔽。底部电极也可被放置在每个探针尖端的下面以用于每个探针尖端的受控的向下偏转。尖端可用于常规的4点探测。此外，4个探针可在整个样本表面上被扫描，并且两个尖端中的任何一个之间的电流可用于使表面成像。
例子4——具有底部致动电极的整体集成的探针尖端的制作
某个STM/AFM成像和纳米探测要求探针尖端表现出3个自由度(DOF)。图12是具有3个DOF的整体集成的尖端器件的顶视图。施加于电极A2的电压在平面中移动中间探针尖端，而施加于电极C1或C2的电压使中间探针尖端侧向偏转。电极E3在中间探针尖端下面延展，并且施加于E3的电压使中间探针尖端朝向基板向下弯曲。侧探针尖端还具有当被致动时使尖端向下弯曲的电极E1和E2。表4例示说明具有3个DOF的MiT探针的制作，其中底部电极(E1、E2和E3)用于使探针尖端在平面外偏转。参照图13，根据表4的方法的最终定型的探针器件的图像。
表4：具有3个DOF的MiT探针的制作
底部电极用于使探针在平面外偏转。用于致动电极(第1金属层)和探针尖端(第2金属层)的金属选择可为相同的或不同的。3尖端MiT探针配置使得这些探针可用作用于测试微波和RF电路的接地-信号-接地(GSG)RF/微波探针。3尖端MiT探针也可用于AFP。使用上面表4中概述的制作过程，可实现5点探针器件。中间探针尖端用于AFM/STM成像，然后它被缩回，剩余的4个探针尖端用于常规的4点探针测量。
例子5——具有底部致动电极和侧面致动电极的整体集成的探针尖端的制作
根据实施例，具有底部致动电极和侧面致动电极的整体集成的探针尖端的制作，其中侧面尖端被侧向偏转。可通过如图14所示那样将电压施加于电极E1和E2(底部电极)以及F1和F2(侧电极)来独立地控制侧探针尖端。下面表5中例示说明具有3个DOF的MiT探针的制作，其中底部电极(E1、E2和E3)用于使探针尖端在平面外偏转。F1和F2独立地用于使侧面尖端侧向偏转。参照图15，根据表5的方法的最终定型的探针器件的图像。
表5：具有3个DOF和侧面致动电极的MiT探针的制作
例子6——具有顶部致动电极和底部致动电极的整体集成的探针尖端的制作
在某些应用中，可能要求中间探针尖端既向下(朝向基板)、又向上(远离基板)偏转。表6例示说明实现这样的器件中的制作过程步骤。用于致动电极(第1金属)和探针尖端(第2金属)的金属选择可为相同的或不同的。参照图16，根据表6的方法的最终定型的探针器件的图像，其中中间探针尖端可相对于基板既向上、又向下地偏转。
表6：用于制造具有3个DOF的MiT探针的制作过程
例子7——整体集成的自对齐堆叠的探针器件的制作
几个MiT探针可被整体地垂直集成以提供可用于探测晶片上的结构的几个探针尖端。表7例示说明垂直堆叠的MiT探针的制作过程。MiT探针堆叠中所用的金属选择可为相同的(第1金属与第2金属相同)或不同的(第1金属与第2金属不同)。MiT探针堆叠不限于两层，而是几层也可使用概述的制作过程流程来实现。堆叠的MiT探针也可用标准的CMOS过程来实现，其中不同金属层可用作探针尖端。参照图17，根据表7的方法的最终定型的探针器件的图像。最终定型的探针包括第一探针组96和第二探针组98，第一探针组与第二探针组相比是垂直堆叠的。
表7：垂直堆叠的整体集成的探针尖端器件的制作过程
例子8——具有后处理的探针尖端构造的整体集成的自对齐堆叠的探针器件的整体集成制作的制作。自对齐堆叠的探针器件
构成上面表7中例示说明的垂直堆叠的整体集成的探针尖端的每个MiT探针具有相同数量的探针尖端。在某些应用中，可能需要修正的探针尖端构造。在这样的情况下，如表8所示，FIB可用于移除不需要的探针尖端。不需要的探针尖端的移除不限于使用FIB，而且其他手段(比如离子铣削和反应性离子蚀刻)是可能的。MiT探针堆叠中所用的金属选择可为相同的(第1金属与第2金属相同)或不同的(第1金属与第2金属不同)。MiT探针堆叠不限于两层，而是几层也可使用概述的制作过程流程来实现。参照图18，根据表8的方法的最终定型的探针器件的图像。
表8：用于具有FIB修正探针尖端构造的垂直堆叠的整体集成的探针尖端器件的制作过程
例子9——整体集成的平面外探针尖端器件的制作
SRAM、DRAM和闪存通常是阵列式的，并且用于源极、漏极和栅极的插头间隔是固定的。使用具有直接解决这些特定插头布局的预定义尖端构造的MiT探针相对容易地接入这些插头。MiT探针可专门针对特定技术节点和半导体代工设计。如表9所示，用于MiT探针中的探针尖端的金属选择可为相同的(第1金属与第2金属相同)或不同的(第1金属与第2金属不同)。参照图19，根据表9的方法的最终定型的探针器件的图像。
表9：平面外MiT探针的制作过程
例子10——整体集成的自由悬挂的平面外探针尖端器件的制作
上面表9中例示说明的平面外MiT探针具有固定到SiO2支撑层的中间探针尖端。下面表10详述完全悬挂的且可移动的平面外中间探针尖端器件的制作。参照图20，根据表10的方法的最终定型的探针的图像。
表10：用于制造整体集成的自由悬挂的平面外MiT探针的过程
根据实施例，不同探针构造(单尖端、2尖端、3尖端和/或4尖端MiT探针)的各种组合可同时用于扫描和纳米探测。根据一个例子，3尖端MiT探针可用于接入晶体管的源极、漏极、栅极插头，然后使独立的单尖端器件探测晶体管的主体(本体)。
具有底部致动电极和侧面致动电极的整体集成的自由悬挂的平面外探针尖端器件的制作
底部电极用于使探针尖端相对于基板向上或向下偏转。但是在某些应用中，侧探针尖端需要侧向偏转。例如，当两个晶体管的栅极长度变化时，侧面尖端必须侧向偏转，以便接入源极插头和漏极插头。下面表11例示说明用于制造具有侧面致动电极的MiT探针的制作过程流程。参照图21，根据表11的方法的最终定型的探针器件的图像。
表11：用于制造具有侧面致动电极和底部致动电极的整体集成的自由悬挂的平面外探针尖端器件的制作过程流程
根据实施例，可对上面所有的MiT探针设计实现用于侧探针尖端的侧向致动电极。
具有多个集成的尖端器件的移动电路的实现
MiT探针可用于在基板上实现各种有源和无源电路组件(晶体管、电阻器、二极管和电容器)。因为MiT探针能够对基板的不同区域进行电映射，所以在每个点处，有源或无源组件可实现在基板上。因此，这些组件不被光刻地固定到基板，而是移动的。例如，3尖端MiT探针可用于在基板上实现晶体管。如图22所示，中间探针尖端表示栅极，侧探针尖端是源极端子和漏极端子。侧面尖端与基板软接触，而中间探针尖端可软接触(尖端具有电介质涂层)或邻近(气隙用作栅极电介质)。在基板上的任何位置处，可形成晶体管。因此，晶体管的输出曲线和转移曲线都可被映射在基板的表面上的每个点处。基板可为2D材料，比如石墨烯、二氧化钼、硅基板、GaN晶片基板等。
参照图23，示出各种致动电极的3尖端MiT探针的设计。图24和图25分别示出3尖端MiT探针以及在中间探针尖端和基板之间有栅极电容的尖端设计。中间尖端被设计成短于侧探针尖端。栅极电容可通过将DC电压施加于电极A2来改变，电极A2将缩回或延伸中间探针尖端。因此，栅极电容对晶体管性能的影响可被测量和调查研究。图26另一方面示出3尖端MiT探针，其具有沉积在中间探针尖端的顶点处的几纳米的高或低k电介质。电介质层用作栅极氧化物，中间探针尖端与侧探针尖端对齐。
可变电容器另一方面可通过改变中间探针尖端和任何一个侧面尖端之间的间隔来实现。施加于C1或C2的电压将使中间探针尖端侧向偏转。通过改变尖端间隔并且接触基板，可如图27和图28所展示的那样实现不同的基板电阻值。
用两个或更多个MiT探针实现的两个或更多个有源或无源电路组件可被级联来形成各种电路，比如共源放大器、共栅放大器、源极跟随器等。图29示出共源放大器的典型电路构造。该电路可由至少3尖端MiT探针和2尖端、3尖端或4尖端MiT探针实现。作为例子，两个3尖端MiT探针，其中MiT探针中的一个将实现晶体管，另一个将实现电阻器。或3尖端MiT探针用于晶体管，2尖端或4尖端MiT探针用于电阻器。
虽然本文中已经描述和例示说明了各种实施例，但是本领域的普通技术人员将容易想像用于执行所述功能和/或获得所述结果和/或本文中描述的优点中的一个或多个的各种其他的手段和/或结构，并且这样的变化和/或修改中的每个被视为在本文中描述的实施例的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易意识到，本文中描述的所有参数、尺寸、材料和构造都意在于示例性的，并且实际的参数、尺寸、材料和/或构造将取决于本教导所用于的特定的一个应用或多个应用。本领域技术人员将认识到，或能够仅用常规实验来查明，本文中描述的特定实施例的许多等同形式。因此要理解，前述实施例是仅作为例子呈现的，并且在所附权利要求书及其等同形式的范围内，实施例可以除了特别描述和要求保护的方式之外的方式来实施。本公开的实施例针对本文中描述的每一个特征、系统、物品、材料、装备和/或方法。另外，两个或更多个这样的特征、系统、物品、材料、装备和/或方法的任何组合(如果这样的特征、系统、物品、材料、装备和/或方法相互一致)包括在本公开的范围内。
所描述的主题的上述实施例可以许多方式中的任何一种方式来实现。例如，一些实施例可使用硬件、软件或它们的组合来实现。当实施例的任何方面至少部分用软件来实现时，软件代码可在任何合适的一个处理器或一组处理器上执行，不管是在单个装置或计算机中提供，还是在多个装置/计算机之间分布。

Claims (18)

1.一种被构造成对样本进行分析的显微镜探针，所述显微镜探针包括：
包括端子探针端的可移动探针尖端，其中所述可移动探针尖端包括贴附到支撑层的金属层，所述金属层在端子探针端处的至少部分延伸超过支撑层。
2.根据权利要求1所述的显微镜探针，进一步包括：
第一致动器，所述第一致动器被构造成使可移动探针尖端沿着第一轴移置；以及
检测组件，所述检测组件被构造成响应于施加的信号来检测可移动探针尖端的运动。
3.根据权利要求1所述的显微镜探针，其中所述金属是铂、金、钨或镍。
4.根据权利要求1所述的显微镜探针，其中所述支撑层是硅、二氧化硅或氮化硅。
5.根据权利要求1所述的显微镜探针，其中所述显微镜探针包括其中每个包括端子探针端的多个探针尖端，所述多个探针尖端中的每个进一步包括贴附到支撑层的金属层，所述金属层在端子探针端处的至少部分延伸超过支撑层。
6.根据权利要求5所述的显微镜探针，进一步包括定位在所述多个探针尖端中的每个之间的绝缘叉指式结构。
7.一种被构造成对样本进行分析的显微镜探针，所述显微镜探针包括：
多个探针尖端；以及
绝缘叉指式结构，所述绝缘叉指式结构定位在所述多个探针尖端中的每个之间。
8.根据权利要求7所述的显微镜探针，进一步包括：第一致动器，所述第一致动器被构造成使所述多个探针尖端中的至少一个沿着第一轴移置；以及检测组件，所述检测组件被构造成响应于施加的信号来检测所述多个探针尖端中的所述至少一个的运动。
9.一种被构造成对样本进行分析的显微镜探针，所述显微镜探针包括：
第一探针尖端；以及
第二探针尖端，所述第二探针尖端定位在离第一探针尖端第一距离处，其中所述第二探针尖端垂直定位在第一探针尖端的下面。
10.根据权利要求9所述的显微镜探针，进一步包括：第一致动器，所述第一致动器被构造成使第一探针尖端和第二探针尖端中的至少一个沿着第一轴移置；以及检测组件，所述检测组件被构造成响应于样本来检测第一探针尖端和第二探针尖端中的所述至少一个的运动。
11.根据权利要求9所述的显微镜探针，其中所述第一探针尖端和第二探针尖端包括金属。
12.根据权利要求11所述的显微镜探针，其中所述第一探针尖端和第二探针尖端包括相同的金属。
13.根据权利要求11所述的显微镜探针，其中所述第一探针尖端和第二探针尖端包括不同的金属。
14.一种被构造成对样本进行分析的显微镜探针，所述显微镜探针包括：
可移动探针尖端，所述可移动探针尖端由基板支撑；
第一致动器，所述第一致动器被构造成使可移动探针尖端沿着第一轴移置；和
检测组件，所述检测组件被构造成响应于施加的信号来检测可移动探针尖端的运动；
谐振器，所述谐振器被构造成当探针处于振动模式时振动；以及
电容器，所述电容器贴附到基板。
15.一种用于使用显微镜探针对样本进行分析的方法，所述方法包括以下步骤：
提供显微镜探针，所述显微镜探针包括：(i)可移动探针尖端，所述可移动探针尖端由基板支撑；(ii)谐振器，所述谐振器被构造成当探针处于振动模式时振动；以及(iii)电容器，所述电容器贴附到基板上；
从电容器接收电流；
从谐振器接收电流；
将来自电容器的电流和来自谐振器的电流电组合；以及
使用电组合的电流来改进样本分析的信噪比。
16.一种用于使用多个集成探针尖端来实现晶体管的方法，所述方法包括以下步骤：
提供样本；
提供包括多个探针尖端的显微镜探针；
使所述多个探针尖端中的第一外探针尖端接触所述样本，其中所述第一外探针尖端被构造成充当所述晶体管的源极端子；
使所述多个探针尖端中的第二外探针尖端接触所述样本，其中所述第二外探针尖端被构造成充当所述晶体管的漏极端子；
使用所述多个探针尖端中的第三内探针尖端作为所述晶体管的栅极端子；以及
用所述多个探针尖端来表征所述样本。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述内探针尖端包括电介质涂层，并且进一步其中所述电介质涂层与所述表面接触。
18.一种用于实现可变电阻器的方法，所述方法包括以下步骤：
提供样本；
提供包括多个探针尖端的显微镜探针；
使所述多个探针尖端中的第一外探针尖端接触所述样本；
使所述多个探针尖端中的第二外探针尖端接触所述样本；
使所述多个探针尖端中的第三内探针尖端接触所述样本；
将电压施加于第一外探针尖端和第二外探针尖端中的任何一个，其中所述内探针尖端朝向第一外探针尖端或第二外探针尖端偏转；以及
基于内探针尖端的偏转来表征所述样本。
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