sMIM是由美國PrimeNano公司聯合美國頂尖高校（斯坦福大學）發展起來的一款基于AFM的電學測量設備。在測量樣品表面形貌的同時得到樣品的電學性質，如導電率，介電常數，載流子濃度，載流子類型等。sMIM基于微波頻率的阻抗測量，具有良好空間分辨率和電學分辨率，無需樣片制備等優點，適用于各類材料包括導體、半導體、絕緣體/電介質、掩埋式結構等材料，在半導體，相變材料，納米科學，鐵電材料等科研領域有著非常重要的應用（如下圖所示）。利用sMIM技術取得的科研成果已經發表在著名的國際期刊，例如Science, Nature, Physics Review Letters, Nano Letters 等 (http://www.primenanoinc.com/?page_id=12)

sMIM 應用原理

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

6種信號反饋通路

半導體領域-半導體器件

sMIM技術可以用來測量半導體器件的電學性質，包括載流子濃度分布，載流子類型，金屬結構，介質層（絕緣體）結構等。利用sMIM對材料局域進行納米尺度下的C-V曲線測量。可以應用在器件表征，失效分析等。以下我們給出幾個典型的例子。

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測量得到的圖形；右圖中為利用sMIM技術得到的圖像。比較結果我們可以看出，sMIM技術顯示了器件的更多細節，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，并且顯示了金屬結構，多晶硅結構和氧化層結構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，掃描區域大小為5 μm x 5 μm。圖中數字所對應的區域1是用于存儲的n型的擴散區域； 2是光陰較為n型擴散區域；3是淺溝道隔離絕緣區域；4是金屬接觸區域；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，我們可以進行納米尺度下特定位置的C-V曲線測量。 特定位置的C-V曲線測量可以對半導體器件進行失效分析。如右下圖是對于不同點的測量得到的 C-V曲線。C-V曲線#1和C-V曲線#2顯示被測區域是n型半導體，與器件結構1用于存儲的n型的擴散區域和2光陰較為n型擴散區域相吻合。 C-V曲線#5顯示被測區域是p型半體與器件結構5陰較為周圍的p型襯底相吻合。C-V曲線#3是平的，說明被測區域是非半導體材料，與器件結構3淺溝道隔離絕緣區域吻合。

鐵電材料和磁性材料

sMIM可以用來測量鐵電材料和磁性材料疇和疇壁的電學性能。         

LiTaO3     

上圖是對于LiTaO3鐵電材料的掃描結果。sMIM技術可以在一次掃描過程中同時得到材料的表面形貌，PFM圖像和導電性分布的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電的。                                              

石墨烯

上圖中是利用sMIM技術測量得到的石墨烯的導電性質。sMIM圖像清晰的顯示了石墨烯上超晶格結構的摩爾紋。其摩爾紋結構的尺寸為14nm。

透過表面測量 sMIM中的微波信號可以穿透介質層，從而測量表面一下的材料的電學性能

sMIM可以穿透介質層，掃描表面以下的材料的性質。上圖利用sMIM測量銀在溶液中電化學生長的過程 。

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