sMIM是由美國(guó)PrimeNano公司聯(lián)合美國(guó)頂尖高校（斯坦福大學(xué)）發(fā)展起來(lái)的一款基于AFM的電學(xué)測(cè)量設(shè)備。在測(cè)量樣品表面形貌的同時(shí)得到樣品的電學(xué)性質(zhì)，如導(dǎo)電率，介電常數(shù)，載流子濃度，載流子類型等。sMIM基于微波頻率的阻抗測(cè)量，具有良好空間分辨率和電學(xué)分辨率，無(wú)需樣片制備等優(yōu)點(diǎn)，適用于各類材料包括導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體/電介質(zhì)、掩埋式結(jié)構(gòu)等材料，在半導(dǎo)體，相變材料，納米科學(xué)，鐵電材料等科研領(lǐng)域有著非常重要的應(yīng)用（如下圖所示）。利用sMIM技術(shù)取得的科研成果已經(jīng)發(fā)表在著名的國(guó)際期刊，例如Science, Nature, Physics Review Letters, Nano Letters 等 (http://www.primenanoinc.com/?page_id=12)

sMIM 應(yīng)用原理

傳送微波信號(hào)到針尖，微波在針尖部位行成近場(chǎng)電磁場(chǎng)與樣品表面和近表面相互作用，相互作用后，反饋微波信號(hào)，針尖移動(dòng)，反饋微波的振幅、相位隨著針尖的電信號(hào)變化而變化，軟件進(jìn)行信號(hào)校準(zhǔn)、分析，進(jìn)行電容、電阻率和形貌同步成像。

6種信號(hào)反饋通路

半導(dǎo)體領(lǐng)域-半導(dǎo)體器件

sMIM技術(shù)可以用來(lái)測(cè)量半導(dǎo)體器件的電學(xué)性質(zhì)，包括載流子濃度分布，載流子類型，金屬結(jié)構(gòu)，介質(zhì)層（絕緣體）結(jié)構(gòu)等。利用sMIM對(duì)材料局域進(jìn)行納米尺度下的C-V曲線測(cè)量。可以應(yīng)用在器件表征，失效分析等。以下我們給出幾個(gè)典型的例子。

絕緣柵較為晶體管

以上左圖中為絕緣柵雙較為晶體管的SEM照片和利用其他技術(shù)測(cè)量得到的圖形；右圖中為利用sMIM技術(shù)得到的圖像。比較結(jié)果我們可以看出，sMIM技術(shù)顯示了器件的更多細(xì)節(jié)，并且圖像更加清晰。sMIM中不僅顯示了載流子的類型和濃度分布，并且顯示了金屬結(jié)構(gòu)，多晶硅結(jié)構(gòu)和氧化層結(jié)構(gòu)以及氧化層中的缺陷。

CMOS感光器件

圖中為掃描全局快門CMOS感光器件表面的圖像，掃描區(qū)域大小為5 μm x 5 μm。圖中數(shù)字所對(duì)應(yīng)的區(qū)域1是用于存儲(chǔ)的n型的擴(kuò)散區(qū)域； 2是光陰較為n型擴(kuò)散區(qū)域；3是淺溝道隔離絕緣區(qū)域；4是金屬接觸區(qū)域；5是陰較為周圍的p型襯底。sMIM-C圖像清晰地顯示了各種材料。

利用sMIM-C信號(hào)，我們可以進(jìn)行納米尺度下特定位置的C-V曲線測(cè)量。 特定位置的C-V曲線測(cè)量可以對(duì)半導(dǎo)體器件進(jìn)行失效分析。如右下圖是對(duì)于不同點(diǎn)的測(cè)量得到的 C-V曲線。C-V曲線#1和C-V曲線#2顯示被測(cè)區(qū)域是n型半導(dǎo)體，與器件結(jié)構(gòu)1用于存儲(chǔ)的n型的擴(kuò)散區(qū)域和2光陰較為n型擴(kuò)散區(qū)域相吻合。 C-V曲線#5顯示被測(cè)區(qū)域是p型半體與器件結(jié)構(gòu)5陰較為周圍的p型襯底相吻合。C-V曲線#3是平的，說(shuō)明被測(cè)區(qū)域是非半導(dǎo)體材料，與器件結(jié)構(gòu)3淺溝道隔離絕緣區(qū)域吻合。

鐵電材料和磁性材料

sMIM可以用來(lái)測(cè)量鐵電材料和磁性材料疇和疇壁的電學(xué)性能。         

LiTaO3     

上圖是對(duì)于LiTaO3鐵電材料的掃描結(jié)果。sMIM技術(shù)可以在一次掃描過(guò)程中同時(shí)得到材料的表面形貌，PFM圖像和導(dǎo)電性分布的sMIM圖像。PFM圖像清晰的給出了鐵電材料中不同的疇分布。從sMIM圖像中可以看到疇壁是導(dǎo)電的。                                              

石墨烯

上圖中是利用sMIM技術(shù)測(cè)量得到的石墨烯的導(dǎo)電性質(zhì)。sMIM圖像清晰的顯示了石墨烯上超晶格結(jié)構(gòu)的摩爾紋。其摩爾紋結(jié)構(gòu)的尺寸為14nm。

透過(guò)表面測(cè)量 sMIM中的微波信號(hào)可以穿透介質(zhì)層，從而測(cè)量表面一下的材料的電學(xué)性能

sMIM可以穿透介質(zhì)層，掃描表面以下的材料的性質(zhì)。上圖利用sMIM測(cè)量銀在溶液中電化學(xué)生長(zhǎng)的過(guò)程 。

（Seeing through Walls at the Nanoscale: Microwave Microscopy of Enclosed Objects and Processes in Liquids. ACS Nano 10, 3562–3570 (2016).）