ch11材料分析-文庫吧
2025-07-20 09:32 本頁面
【正文】 觀察時，只要整體元件材料縱向厚度在 5000 埃以下的重疊線路皆能一覽無遺，尤其對層與層之間的相對空間排列(Spatial Relationship)與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的揣摩，更能發(fā)揮其效用。 另一個影響解像能的因素是像差，像差的來源大致有四種： (1) 繞射像差 (Diffraction Aberration)－這是物理光學(xué)的基本限制。 (2) 球面像差 (Spherical Aberration)－這是來自物鏡的缺陷，不易校正。 (3) 散光像差 (Astigmatism)－這是由物鏡磁場不對稱而來，因?yàn)閳A形對稱軟鐵磁片製作 時精度控制困難，同時顯微鏡使用中，污染的雜質(zhì)附於極片上也會導(dǎo)致像差，一般用像差補(bǔ)償器(Stigmator)產(chǎn)生與散光像差大小相同方向相反的像差來校正。 (4) 波長散佈像差 (Chromatic Aberration)－因?yàn)殡娮拥牟ㄩL會隨著加速電壓或透鏡電流不穩(wěn)而改變，也可能與試片作非彈性碰撞喪失能量，所以電磁透鏡的焦距變化與入射電子能量有關(guān)，可以據(jù)此導(dǎo)出影像模糊的半徑與波長散佈像差係成正比。 為求得電子顯微鏡的最佳解析度 (Resolving Power，Δrmin.)，通常散光像差與波長散佈像差可以藉由其他裝置來校正或補(bǔ)償，但是繞射像差是基本限制，球面像差卻往往不易消除，因此可以導(dǎo)出最佳解析度與波長和繞射像差成簡單的正比關(guān)係： B : 比例常數(shù)，~ 1 Cs : 球面像差係數(shù)，數(shù)值隨儀器設(shè)計(jì)的改良而精進(jìn) 一般的穿透式電子顯微鏡，在200 KeV下操作，解像能實(shí)驗(yàn)值即可達(dá)到 埃， 埃。 (4) 聚焦式離子束顯微鏡聚焦式離子束顯微鏡的系統(tǒng)是利用電透鏡將離子束聚焦成非常小尺寸的顯微切割儀，目前商用系統(tǒng)的粒子束為液相金屬離子源 (Liquid Metal Ion Source, LMIS)，金屬材質(zhì)為鎵(Gallium, Ga)，因?yàn)殒壴鼐哂械腿埸c(diǎn)、低蒸氣壓、及良好的抗氧化力；典型的離子束顯微鏡包括液相金屬離子源、電透鏡、掃描電極、二次粒子偵測器、57軸向移動的試片基座、真空系統(tǒng)、抗振動和磁場的裝置、電子控制面板、和電腦等硬體設(shè)備，外加電場 (Suppressor) 於液相金屬離子源 可使液態(tài)鎵形成細(xì)小尖端，再加上負(fù)電場 (Extractor) 牽引尖端的鎵，而導(dǎo)出鎵離子束，在一般工作電壓下，尖端電流密度約為1 埃108 Amp/cm2，以電透鏡聚焦，經(jīng)過一連串變化孔徑 (Automatic Variable Aperture, AVA)可決定離子束的大小，再經(jīng)過二次聚焦至試片表面，利用物理碰撞來達(dá)到切割之目的。 比較聚焦式離子束顯微鏡和掃描式電子顯微鏡的成像原理，其中離子束顯微鏡的試片表面受鎵離子掃描撞擊而激發(fā)出的二次電子和二次離子是影像的來源，影像的解析度決定於離子束的大小、帶電粒子的加速電壓、二次粒子訊號的強(qiáng)度、試片接地的狀況、與儀器抗振動和磁場的狀況，目前商用機(jī)型的影像解析度約為10 nm，雖然其解析度不及掃描式電子顯微鏡和穿透式電子顯微鏡，但是對於定點(diǎn)結(jié)構(gòu)的分析，它沒有試片製備的問題，在工作時間上較機(jī)為經(jīng)濟(jì)。(5) 原子力顯微鏡當(dāng)原子的內(nèi)層電子受到外來能量源的激發(fā)而脫離原子時，原子的外層電子將很快的遷降至內(nèi)層電子的空穴並釋出能量。所被釋出的能量可能以 X 光的形式釋出，或者此釋出的能量轉(zhuǎn)而激發(fā)另一外層電子使其脫離原子。前者乃為元素的特性 X 光，常見的能量散佈分析儀、波長散佈分析儀就是分析這種特性 X 光以鑑定成份，後者反應(yīng)中被激發(fā)而脫離原子束縛離開試片表面的另一電子即為歐傑電子，此電子同樣具有代表該原子特性的能量，因此分析歐傑電子亦可得材料成份的資訊?？杀粋蓽y的歐傑電子只有表面 30 埃 左右的深度，而特性 X光則高達(dá)數(shù)微米 ( 視入射電子的能量而定 )，因此，對於表面薄層的分析歐傑電子是較適當(dāng)?shù)倪x擇。對於微小粒子 ( ) 的分析，若使用能量散佈分析儀或波長散佈分析儀則所測得的訊號多半來自粒子外的材質(zhì)所產(chǎn)生，而粒子本身的訊號強(qiáng)度則被稀釋，由於歐傑電子的特性所以利用歐傑電子能譜儀分析小於 微米的粒子成份時，所測得的訊號主要來自粒子本身。因此選擇合適的成份分析工具，對於分析工作的進(jìn)行及結(jié)果的可信度是十分重要的。一般說來，歐傑電子能夠穿過材質(zhì)而未損其能量的脫離深度 (Escape Depth) 約在表面 30 埃 以內(nèi)，所以歐傑電子能譜儀便成為分析材料表面化學(xué)成份的重要工具，其動能多在 20 ~ 2500 eV 之間，此深度和能量與一次粒子 (如入射電子束) 的能量無關(guān)。由於歐傑電子的形成需有兩個電子能階軌域，因此 H 及 He 兩元素?zé)o法產(chǎn)生歐傑電子，至於 Li 雖然在 L 軌域只有一個電子，但在固態(tài)時可藉由其它原子所提供的價(jià)電子協(xié)助產(chǎn)生歐傑電子訊號，因此可進(jìn)行分析。歐傑能譜儀在一次電子束上加上掃描線圈進(jìn)行分析稱之為掃描式歐傑電子顯微鏡 ( Scanning Auger Microscope, SAM)。電子槍提供入射電子束作為激發(fā)源，其影響分析結(jié)果的主要參數(shù)為入射能量 ( E0 )、入射角及電子束的大小。入射能量的決定在於取得最好的歐傑訊號對雜訊的比值( S/N )，而非歐傑電子訊號的絕對值。一般說來，入射能量的最佳選擇為 5 ~ 10 keV 左右，有時則針對特殊試片的分析需求，如導(dǎo)電性不佳、易受電子束損傷、極小的分析區(qū)域等，而選擇較高或較低的入射能量；至於入射角的部份，將於介紹電子能譜儀時再行討論；而入射電子束的截徑大小會影響到歐傑能譜儀的平面解析度，但由於電子進(jìn)入材質(zhì)後的散射效應(yīng)，當(dāng)直徑小於 100 埃時其平面解析度並非單純由電子束的直徑大小來決定。商用結(jié)構(gòu)分析儀器影響解像能原因光學(xué)顯微鏡可見光的波長、介質(zhì)的折射率、NA【 (Numerical Aperature) 表示透鏡系統(tǒng)的解析度和所形成的影像亮度的一組數(shù)值】、肉眼的鑑別率。掃描式電子顯微鏡可見光的波長、電子與原子核的彈性散射 與非彈性散射、擾動的狀況(見上表)。穿透式電顯微鏡電子的加速電壓 (亦即波長) 。像差 (Aberration) ：繞射像差 球面像差散光像差。聚焦式離子束顯微鏡離子束的大小、帶電粒子的加速電壓、二次粒子訊號的強(qiáng)度、試片接地的狀況、與儀器抗振動和磁場的狀況。原子力顯微鏡入射能量 ( E0 )、入射角及電子束的大小。歐傑訊號對雜訊的比值( S/N )、入射電子束的截徑大小，例如：X光繞射分析儀、掃描式歐傑電子顯微鏡、二次離子質(zhì)譜儀、拉塞福背向散射質(zhì)譜儀、和全反射式X光螢光分析儀的化學(xué)元素偵測範(fàn)圍和濃度偵測極限，並陳述影響濃度偵測極限的可能原因。A：成份分析儀器的化學(xué)濃度偵測極限則多與粒子束的大小（或分析區(qū)域的尺寸）和偵測的方式有關(guān)化學(xué)元素偵測範(fàn)圍濃度偵測極限X光繞射分析儀結(jié)晶物質(zhì)5﹪掃描式歐傑電子顯微鏡≧Li﹪二次離子質(zhì)譜儀≧H拉塞福背向散射質(zhì)譜儀＞C﹪全反射式X光螢光分析儀＞C1ppb114. 電子槍的種類可以概分為哪幾種?在應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)為何?Ans : 電子槍的必要特性是亮度要高、電子能量散佈 (Energy Spread) 要小，目前常用的種類計(jì)有四種，1. 鎢(W)燈絲，2. 硼化鑭(LaB6)燈絲，3. 冷式場發(fā)射 (Cold Field Emission)，4. 熱式場發(fā)射 (Hot Field Emission)，它們的亮度、電子束的大小、電子能量散佈、使用壽命、和必要的操作真空度有很大的不同 (請見表1122)；其中價(jià)錢最便宜使用最普遍的是鎢燈絲，以熱游離 (Thermionization) 式來發(fā)射電子，電子能量散佈為 2 eV；硼化鑭燈絲的優(yōu)點(diǎn)是亮度高，電子能量散佈為 1 eV，而且使用壽命也比鎢燈絲高出數(shù)倍；
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