Improving the Reliability of Conductive Atomic Force Microscopy

Programa de Doctorat en Nanociències

Detalhes bibliográficos
Autor: Weber, Jonas
Formato: tesis doctoral
Estado:Versión publicada
Fecha de publicación:2024
País:España
Recursos:CBUC, CESCA
Repositorio:TDR. Tesis Doctorales en Red
OAI Identifier:oai:www.tdx.cat:10803/690847
Acesso em linha:http://hdl.handle.net/10803/690847
Access Level:acceso abierto
Palavra-chave:Microscòpia de força atòmica
Microscopía de fuerza atómica
Atomic force microscopy
Ciències Experimentals i Matemàtiques
53
id ES_ee708aa38ae39c9b8f7c4c5e9d6a268d
oai_identifier_str oai:www.tdx.cat:10803/690847
network_acronym_str ES
network_name_str España
repository_id_str
dc.title.none.fl_str_mv Improving the Reliability of Conductive Atomic Force Microscopy
title Improving the Reliability of Conductive Atomic Force Microscopy
spellingShingle Improving the Reliability of Conductive Atomic Force Microscopy
Weber, Jonas
Microscòpia de força atòmica
Microscopía de fuerza atómica
Atomic force microscopy
Ciències Experimentals i Matemàtiques
53
title_short Improving the Reliability of Conductive Atomic Force Microscopy
title_full Improving the Reliability of Conductive Atomic Force Microscopy
title_fullStr Improving the Reliability of Conductive Atomic Force Microscopy
title_full_unstemmed Improving the Reliability of Conductive Atomic Force Microscopy
title_sort Improving the Reliability of Conductive Atomic Force Microscopy
dc.creator.none.fl_str_mv Weber, Jonas
author Weber, Jonas
author_facet Weber, Jonas
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Lanza, Mario
Fernández Pradas, Juan Marcos
Universitat de Barcelona. Facultat de Física
dc.subject.none.fl_str_mv Microscòpia de força atòmica
Microscopía de fuerza atómica
Atomic force microscopy
Ciències Experimentals i Matemàtiques
53
topic Microscòpia de força atòmica
Microscopía de fuerza atómica
Atomic force microscopy
Ciències Experimentals i Matemàtiques
53
description Programa de Doctorat en Nanociències
publishDate 2024
dc.date.none.fl_str_mv 2024
2024
2024
dc.type.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.none.fl_str_mv http://hdl.handle.net/10803/690847
url http://hdl.handle.net/10803/690847
dc.language.none.fl_str_mv Inglés
language_invalid_str_mv Inglés
dc.rights.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv 153 p.
application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universitat de Barcelona
publisher.none.fl_str_mv Universitat de Barcelona
dc.source.none.fl_str_mv TDX (Tesis Doctorals en Xarxa)
reponame:TDR. Tesis Doctorales en Red
instname:CBUC, CESCA
instname_str CBUC, CESCA
reponame_str TDR. Tesis Doctorales en Red
collection TDR. Tesis Doctorales en Red
repository.name.fl_str_mv
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1869423670911303680
spelling Improving the Reliability of Conductive Atomic Force MicroscopyWeber, JonasMicroscòpia de força atòmicaMicroscopía de fuerza atómicaAtomic force microscopyCiències Experimentals i Matemàtiques53Programa de Doctorat en Nanociències[eng] Owing to its exceptional topographical resolution and electrical sensitivity, Conductive Atomic Force Microscopy (C AFM) has become an essential tool for nanoscale material analysis. However, achieving reproducible data in C AFM remains a challenge, primar ily due to the multitude of factors influencing the stability of the tip sample contact. Among these, tip degradation stands out as a particularly critical issue. To attain high topographical resolution, C AFM probes are designed with small tip radii, but this makes them more susceptible to degradation. Such degradation primarily manifests in two forms. Firstly, since C AFM measurements are commonly performed in contact mode, mechanical abrasion due to lateral frictions. Secondly, exposure to high current d ensities, an inherent consequence of the small tip radii, can lead to partial or complete melting of the probe's conductive coating. While the issue of mechanical abrasion has been mitigated to some extent by performing C AFM measurements in intermittent c ontact mode a recent advancement in the field this thesis concentrates on developing strategies to minimize tip degradation caused by high current densities. To ascertain the current status quo, an in depth analysis of the degradation dynamics of Pt /Ir coated Si probes, currently predominant in C AFM applications, is conducted. In the course of this research, solid Pt probes are examined as a promising alternative. While they exhibit a slightly lower topographical resolution compared to Pt/Ir coated pro bes, their superior endurance through numerous scans and enhanced electrical durability are significant advantages. Beyond utilizing more durable probes, another approach discussed in this thesis is the active limitation of resulting currents, such as thro ugh software based current limitation. This technique allows for extended use of metal coated probes (by approximately a factor of 50, as detailed in Chapter 4.2.1), while also protecting the sample from current induced damage. However, it is noted that so ftware based current limitation does not achieve absolute current limitation. A major contribution of this thesis is the introduction of a novel current limiting sample holder that achieves true current limitation. Unlike software based methods, this holde r restricts currents in both sweep directions through the integration of a MOSFET. This thesis not only deepens our understanding of probe performance in C AFM but also enhances the reliability and cost effectiveness of C AFM studies. Additionally, it open s new avenues for application by providing the ability to precisely control currents during measurements. This is particularly beneficial for analyzing sensitive samples, a need that is becoming increasingly critical with the trend towards smaller device dimensions in recent technology developments.[cat] Aconseguir dades reproduïbles en C-AFM continua sent un repte, principalment a causa de la multitud de factors que influeixen en l'estabilitat del contacte punta-mostra. Entre aquests, la degradació de les puntes destaca com un tema especialment crític. Per aconseguir una alta resolució topogràfica, les puntes de C-AFM estan dissenyades amb radis molt petits, però això les fa més susceptibles a la degradació. Aquesta degradació es manifesta principalment de dues formes. En primer lloc, com que les mesures amb C-AFM es realitzen habitualment en mode contacte, l’abrasió mecànica causa friccions laterals. En segon lloc, l'exposició a altes densitats de corrent, una conseqüència inherent dels petits radis de punta, pot conduir a la fusió parcial o completa del recobriment conductor de la sonda. Tot i que el problema de l'abrasió mecànica s'ha mitigat fins a cert punt mitjançant la realització de mesures C-AFM en mode de contacte intermitent, un avenç recent en el camp, aquesta tesi se centra a desenvolupar estratègies per minimitzar la degradació de la punta causada per altes densitats de corrent. Per conèixer l'estat actual, realitzo una anàlisi en profunditat de la dinàmica de degradació de les sondes de silici recobertes de platí, que són les més comuns en les aplicacions C-AFM. En el transcurs d'aquesta investigació, examino sondes sòlides de platí com una alternativa prometedora. Més enllà d'utilitzar sondes més duradores, un altre enfocament analitzat en aquesta tesi és la limitació activa dels corrents resultants, com ara mitjançant la limitació de corrent basada en programari. Tanmateix, cal assenyalar que la limitació actual basada en programari no aconsegueix limitar la corrent perfectament. Una contribució important d'aquesta tesi és la introducció d'un nou suport de mostres que aconsegueix limitar la corrent de forma gairebé ideal. Aquesta tesi no només aprofundeix en la nostra comprensió del rendiment de les puntes per a C-AFM, sinó que també millora la fiabilitat de les dades aconseguides mitjançant C-AFM. A més, obre noves vies d'aplicació proporcionant la capacitat de controlar amb precisió els corrents durant les mesures.Universitat de BarcelonaLanza, MarioFernández Pradas, Juan MarcosUniversitat de Barcelona. Facultat de Física202420242024info:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersion153 p.application/pdfhttp://hdl.handle.net/10803/690847TDX (Tesis Doctorals en Xarxa)reponame:TDR. Tesis Doctorales en Redinstname:CBUC, CESCAInglésADVERTIMENT. Tots els drets reservats. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs.info:eu-repo/semantics/openAccessoai:www.tdx.cat:10803/6908472026-06-14T12:46:07Z
score 15,301629

Registos relacionados