Instrumentación

 

Graphite thin film characterization using a simplified resonant near field scanning microwave microscope

 

G. López-Maldonado, N. Qureshi*, O. V. Kolokoltsev, H. Vargas-Hernández and C. L. Ordóñez-Romero

 

Centro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnológico (CCADET), * e-mail: naser.qureshi@ccadet.unam.mx

Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México, Cd. Universitaria, México D.F., México.

 

Received 19 February 2013.
Accepted 30 September 2013.

 

Abstract

We describe a highly simplified design for a coaxial resonant near field scanning microwave microscope operating at 7.4 GHz configured to measure surface resistance and obtain topographic images with micrometer resolution. This design for a resonant probe tip combined with a highly stable mechanical system developed to rapidly tune the resonant frequency enables a simplified and effective approach to implementing near field microwave microscopy. We present images and measurements performed on a non-uniform granular graphite film sample and the surface resistance results agree with data in the literature.

Keywords: Near field scanning microwave microscopy; surface resistance; topographic images; resonant probe; resonant frequency.

 

Resumen

Presentamos una descripción del diseño de un microscopio de microondas altamente simplificado de exploración por barrido con resonador coaxial que opera en el campo cercano a 7.4 GHz configurado para la medición de la resistencia superficial y la obtención de imágenes topográficas con resolución micrométrica. El diseño de una sonda altamente estable permite la sintonización rápida de la frecuencia de resonancia mediante un sistema mecánico, y esto hace posible una implementación eficiente de la microscopía de microondas de campo cercano. Las imágenes y mediciones presentadas corresponden a una película de grafito granular no uniforme cuya resistencia superficial medida concuerda con los datos reportados en la literatura.

Descriptores: Microscopía de microondas de campo cercano; resistencia superficial; imágenes topográficas; sonda resonante; frecuencia resonante.

 

PACS: 78.70.Gq.

 

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Acknowledgement

This work was supported by PAPIIT UNAM, project IN104513. The authors are grateful to Agilent, Mexico, for their generous assistance with microwave measurements.

 

References

1. T. Wei, X. -D. Xiang, W. G. Wallace-Freedman and P. G. Schultz, Appl. Phys. Lett. 68 (1996) 3506.         [ Links ]

2. M. Tabib-Azar and D. Akinwande, Rev. Sci. Instrum. 71 (2000) 1460.         [ Links ]

3. M. Park, H. Yoo, H. Yoo, S. Na, S. Kim, K. Lee, B. Friedman, E. Lim and M. Iwamoto, Thin Solid Films 499 (2006) 318.         [ Links ]

4. C. Gao and X. -D. Xiang, Rev. Sci. Instrum. 69 (1998) 3846.         [ Links ]

5. M. Tabib-Azar, P. S. Pathak, G. Ponchak and S. LeClair, Rev. Sci. Instrum. 70 (1999) 2783.         [ Links ]

6. R. A. Kleismit, M. K. Kazimierczuk and G. Kozlowski, IEEE Trans. on Microwave Theory and Tech, 54 (2006) 639.         [ Links ]

7. A. Imtiaz, S. M. Anlage, J. D. Barry and J. Melngailis, Appl. Phys. Lett. 90 (2007) 143106-1.         [ Links ]

8. M. Tabib-Azar and Y. Wang, IEEE Trans. on Microwave Theory and Tech. 52 (2004) 971.         [ Links ]

9. D. W. van der Weide, Appl. Phys. Lett. 70 (1997) 677.         [ Links ]

10. M. Tabib-Azar, D. -P. Su, A. Pohar, S. R. LeClair and G. Ponchak, Rev. Sci. Instrum. 70 (1999) 1725.         [ Links ]

11 . B. T. Rosner and D. W. van der Weide, Rev. Sci. Instrum. 73 (2002) 2505.         [ Links ]

12. C. P. Vlahacos, R. C. Black, S. M. Anlage, A. Amar and F. C. Wellstood, Appl. Phys. Lett. 69 (1996) 3272.         [ Links ]

13. M. Abu-Teir, M. Golosovsky, and D. Davidov, Rev. Sci. Instrum. 72 (2001)2073.         [ Links ]

14. J. Kim, K. Lee, B. Friedman and D. Cha, Appl. Phys. Lett. 83 (2003) 1032.         [ Links ]

15. J. Kim, M. S. Kim, K. Lee, J. Lee, D. Cha and B. Friedman, Meas. Sci. Technol. 14 (2003) 7.         [ Links ]

16. C. P. Vlahacos, D. E. Steinhauer, S. K. Dutta, B. J. Feenstra, S. M. Anlage and F. C. Wellstood, Appl. Phys. Lett. 72 (1998) 1778.         [ Links ]

17. D. E. Steinhauer, C. P. Vlahacos, S. K. Dutta, B. J. Feenstra, F. C. Wellstood and S. M. Anlage, Appl. Phys. Lett. 72 (1998) 861.         [ Links ]

18. K. Lee, H. Melikyan, A. Babajanyan, T. Sargsyan, J. Kim, S. Kim and Barry Friedman, Ultra-microscopy 109 (2009) 889.         [ Links ]

19. S-C. Lee, C. P. Vlahacos, B. J. Feenstra, A. Schwartz, D. E. Steinhauer, F. C. Wellstood and S. M. Anlage, Appl. Phys. Lett. 77 (2000) 4404.         [ Links ]

20. A. Tselev, S. M. Anlage, Z. Ma and J. Melngailis, Rev. Sci. Instrum. 78 (2007) 044701-1.         [ Links ]

21. P. J. Petersan and S. M. Anlage, J. Appl. Phys. 84 (1998) 3392.         [ Links ]

22. N. Qureshi, O. V. Kolokoltsev, R. Ortega-Martinez,C. L. Ordoñez-Romero and J. M. Saniger, J. Nanosci. Nanotechnol 8 (2008) 6466.         [ Links ]

23. S. M. Anlage, V. V. Talanov and A. R. Schwartz, Principles of Near-Field Microwave Microscopy, in Scanning Probe Microscopy: Electrical and Electromechanical Phenomena at the Nanoscale, vol. 1, (Springer-Verlag, New York, 2007), pp. 215253.         [ Links ]

24. D. M. Pozar, Microwave Engineering, 3rd ed.(John Wiley & Sons, USA, 2005). pp 687.         [ Links ]

25. M. Mehdizadeh, Microwave/RF Applicators and Probes, (Elsevier, Great Britain, 2010). pp 24 56.         [ Links ]