Une équipe du C2N en collaboration avec le LNE et le GeePs ont développé le premier échantillon d’étalonnage de résistance à valeurs multiples compatible avec n'importe quel système AFM disponible dans le commerce.
La mesure des résistances à l'échelle nanométrique a récemment attiré l'attention pour le développement de composants microélectroniques, de dispositifs de mémoire, d'électronique moléculaire ou encore de matériaux bidimensionnels. Malgré la contribution décisive de la microscopie à sonde à balayage dans l'imagerie des variations de résistance et de courant, les mesures sont restées limitées à des comparaisons qualitatives.
Des échantillons d’étalonnage de résistance de référence sont essentiels pour faire progresser la recherche dans la fabrication de dispositifs et de matériaux à l'échelle nanométrique grâce à des mesures étalonnées, fiables et comparables. Aucun échantillon d’étalonnage de ce type n'a été proposé jusqu'à présent.
Nous avons développé un échantillon de référence de résistance à valeurs multiples pour l'étalonnage des mesures de résistance pour la microscopie à force atomique à pointe conductrice (C-AFM) couvrant la gamme de 100 Ω à 100 GΩ. Dans cet article, nous présentons également un protocole complet pour l'étalonnage in-situ de l'ensemble du circuit de mesure comprenant la pointe, le dispositif de détection de courant et le contrôleur du système. De plus, nous montrons que notre référence de résistance que nous avons mise au point permet d'étalonner le C-AFM avec une incertitude relative combinée (donnée à un écart-type) inférieure à 2,5 % sur une plage étendue de 10 kΩ à 100 GΩ et inférieure à 1 % pour une plage réduite de 1 MΩ à 50 GΩ. Nos résultats résolvent les limitations des mesures C-AFM qui existent depuis longtemps, en fournissant un moyen universel pour réaliser des mesures de résistance étalonnées à l'échelle nanométrique dans le secteur de la recherche industrielle et académique.
Nous poursuivons le développement de ces échantillons d’étalonnage et travaillons actuellement sur une autre version offrant un accès plus facile aux mesures C-AFM des résistances les plus faibles (de 100 W à 10 kW) et une gamme de résistance élargie jusqu'à 1TW. Ces travaux s’inscrivent dans le cadre du projet ELENA (EMPIR 20IND12, Electrical nanoscale metrology in industry) financé par le programme Européen EMPIR.
Références
Multi-Resistance Wide-Range Calibration sample for Conductive probe Atomic Force Microscopy Measurements
François Piquemal1, Khaled Kaja1, Pascal Chrétien2,3, José Morán‐Meza1, Frédéric Houzé2,3, Christian Ulysse4 and Abdelmounaim Harouri4
Beilstein J. Nanotechnol. 2023, 14, 1141–1148
DOI: https://doi.org/10.3762/bjnano.14.94
Projet ELENA : Métrologie électrique à l'échelle nanométrique dans l'industrie, https://projects.lne.eu/jrp-elena/
Affiliations
1Laboratoire national de métrologie et d’essais - LNE, Trappes, 78197 Cedex, France
2Université Paris-Saclay, CentraleSupélec, CNRS, Laboratoire de Génie Électrique et Électronique de Paris, 91192, Gif-sur-Yvette, France
3Sorbonne Université, CNRS, Laboratoire de Génie Électrique et Électronique de Paris, 75250, Paris, France
4Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies - C2N, Université Paris-Saclay, CNRS, UMR 9001, Palaiseau, 91120, France
Contacts : christian.ulysse@c2n.upsaclay.fr, francois.piquemal@lne.fr
Figure : Carte de résistance de la zone centrale de l'échantillon (60 µm × 60 µm) imagée par C-AFM. Les nombres se réfèrent à l'indice i des bras de résistance. Le rendu des couleurs se réfère aux valeurs de résistance mesurées, données en échelle logarithmique décimale.
Mots-clefs
Étalon de résistance ; sonde conductrice ; Microscopie à force atomique ; étalonnage ; échelle nanométrique ; protocole de mesure
