ch11材料分析-文庫(kù)吧
2025-07-20 09:32 本頁(yè)面
【正文】 觀(guān)察時(shí)，只要整體元件材料縱向厚度在 5000 埃以下的重疊線(xiàn)路皆能一覽無(wú)遺，尤其對(duì)層與層之間的相對(duì)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(gè)影響解像能的因素是像差，像差的來(lái)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(lái)自物鏡的缺陷，不易校正。 (3) 散光像差 (Astigmatism)－這是由物鏡磁場(chǎng)不對(duì)稱(chēng)而來(lái)，因?yàn)閳A形對(duì)稱(chēng)軟鐵磁片製作 時(shí)精度控制困難，同時(shí)顯微鏡使用中，污染的雜質(zhì)附於極片上也會(huì)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(lái)校正。 (4) 波長(zhǎng)散佈像差 (Chromatic Aberration)－因?yàn)殡娮拥牟ㄩL(zhǎng)會(huì)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(zhǎng)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(zhǎng)散佈像差可以藉由其他裝置來(lái)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(zhǎng)和繞射像差成簡(jiǎn)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(cè)器、57軸向移動(dòng)的試片基座、真空系統(tǒng)、抗振動(dòng)和磁場(chǎng)的裝置、電子控制面板、和電腦等硬體設(shè)備，外加電場(chǎng) (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(chǎng) (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(guò)一連串變化孔徑 (Automatic Variable Aperture, AVA)可決定離子束的大小，再經(jīng)過(guò)二次聚焦至試片表面，利用物理碰撞來(lái)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(lái)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(hào)的強(qiáng)度、試片接地的狀況、與儀器抗振動(dòng)和磁場(chǎng)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(duì)於定點(diǎn)結(jié)構(gòu)的分析，它沒(méi)有試片製備的問(wèn)題，在工作時(shí)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(lái)能量源的激發(fā)而脫離原子時(shí)，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(jiàn)的能量散佈分析儀、波長(zhǎng)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(kāi)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(cè)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(duì)於表面薄層的分析歐傑電子是較適當(dāng)?shù)倪x擇。對(duì)於微小粒子 ( ) 的分析，若使用能量散佈分析儀或波長(zhǎng)散佈分析儀則所測(cè)得的訊號(hào)多半來(lái)自粒子外的材質(zhì)所產(chǎn)生，而粒子本身的訊號(hào)強(qiáng)度則被稀釋?zhuān)伸稓W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(shí)，所測(cè)得的訊號(hào)主要來(lái)自粒子本身。因此選擇合適的成份分析工具，對(duì)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(shuō)來(lái)，歐傑電子能夠穿過(guò)材質(zhì)而未損其能量的脫離深度 (Escape Depth) 約在表面 30 埃 以?xún)?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(dòng)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(wú)關(guān)。由於歐傑電子的形成需有兩個(gè)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(gè)電子，但在固態(tài)時(shí)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(hào)，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(xiàn)圈進(jìn)行分析稱(chēng)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(hào)對(duì)雜訊的比值( S/N )，而非歐傑電子訊號(hào)的絕對(duì)值。一般說(shuō)來(lái)，入射能量的最佳選擇為 5 ~ 10 keV 左右，有時(shí)則針對(duì)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(shí)再行討論；而入射電子束的截徑大小會(huì)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(shí)其平面解析度並非單純由電子束的直徑大小來(lái)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(jiàn)光的波長(zhǎng)、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(jiàn)光的波長(zhǎng)、電子與原子核的彈性散射 與非彈性散射、擾動(dòng)的狀況(見(jiàn)上表)。穿透式電顯微鏡電子的加速電壓 (亦即波長(zhǎng)) 。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(hào)的強(qiáng)度、試片接地的狀況、與儀器抗振動(dòng)和磁場(chǎng)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(hào)對(duì)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(cè)範(fàn)圍和濃度偵測(cè)極限，並陳述影響濃度偵測(cè)極限的可能原因。A：成份分析儀器的化學(xué)濃度偵測(cè)極限則多與粒子束的大小（或分析區(qū)域的尺寸）和偵測(cè)的方式有關(guān)化學(xué)元素偵測(cè)範(fàn)圍濃度偵測(cè)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(lèi)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(lèi)計(jì)有四種，1. 鎢(W)燈絲，2. 硼化鑭(LaB6)燈絲，3. 冷式場(chǎng)發(fā)射 (Cold Field Emission)，4. 熱式場(chǎng)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(qǐng)見(jiàn)表1122)；其中價(jià)錢(qián)最便宜使用最普遍的是鎢燈絲，以熱游離 (Thermionization) 式來(lái)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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