“仅数奈米厚度的半导体组件的结构如何分析鉴定? 

        唯一有效的分析工具就是穿透式电子显微镜(TEM)。透过高精确度的定位TEM试片制作，再用高分辨率、高分辨率的TEM分析，确认薄膜厚度与组成，以及界面结构。

       2018年，一位来自美国宾州大学的教授，为了分析一种被动电子组件-忆阻器(memristor)的显微结构而找上宜特，由宜特材料分析实验室，协助该研究进行，此研究最终也获刊于2019年二月号的国际著名期刊Nature Electronics。

       什么是忆阻器(memristor)?它又名记忆电阻(memory resistor)，是一种被动电子组件，可在电子线路上用于保护重要电子装置。结合二组忆阻器可产生相同于晶体管的功能，但体积更小，属奈米级组件。以硅基材为主的忆阻器，其制程容易和目前的硅基IC整合，为下一代非挥发性内存的候选组件。

       目前学研界对忆阻器的研究尚在起步中，很多理论和材料都在探索中。本月小学堂，就让我们简单介绍，宜特如何利用TEM结构分析技术，协助忆阻器的研究发展吧。

       从下图的TEM影像和成份分析结果显示，忆阻器的主结构Ti/Si(O)/Pt总厚度只有约38 nm，而Si(O)绝缘层厚度只有7.2 nm，落在设计厚度 2 – 7.5 nm范围内；而且是非晶质，确保电流的等方向性。薄膜之间的界面并非原子级的平坦度，但是非常完整，没有任何空孔缺陷。

图说: S1 Si忆阻器的横截面TEM影像:

(a) EDS成份映像图，组件结构从下往上，依序为黏结层Ti，下电极Pt，介电层Si (O)，上电极Ti，保护层Pt。各层间没有成份扩散问题。

(b) TEM 明场影像显示各层堆栈情形。

(c)高分辨TEM (HRTEM)影像，影像对比的均匀性显示没有任何金属奈米粒子在Si (O)层内。当界面足够平坦，2 nm厚以上的Si层可以防止上下电极的针孔贯穿。上图HRTEM影像显示Si (O)层上下界面的平坦度约为0.5 nm。

(摘录自：Nature Electronics,Vol.2，FEB.2019，66-74 www.nature.com/natureelectronics)