场发射俄歇电子能谱显微分析

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1、------------------------------------------------------------------------------------------------场发射俄歇电子能谱显微分析二○○五年?第三期综述与专论吴正龙(北京师范大学分析测试中心　北京　100875)摘　要　场发射俄歇电子能谱的显微分析是一项新的分析技术,可对微尺度样品进行点、线、面的元素组分及元素化学态分析。本文简要介绍这项新技术的功能原理和在微电子器件检测等方面的具体应用。关键词　显微分析　场发射俄歇电子能谱(FE2AES)　扫描俄歇电子能谱探针

2、(SAM)　俄歇像　场发射电子枪　微电子器件。,其扫,于是得到样品的显微二次电子像(SEM)图像。SEM像为样品的形貌显微像,在放大的SEM像上,找到要分析的位置(点、区域或线),将电子束聚焦到要分析的位置,采集俄歇信号。于是得到样品上指定局域点元素信号;也可以根据特征俄歇谱峰,设定能量窗口,沿指定方向的元素及其化学价态的线分布或指定区域内的二维面分布,即为俄歇像或SAM像。无论SEM像还是SAM像,其主要技术指标空间分辨率主要取决于聚焦电子束的束斑尺寸。显然一定条件下入射电子束斑越小,SEM和SAM的分辨率越好,此时有效采样面积减小,俄歇信号减弱

3、。为能得到——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------高信噪比和能量分辨率的俄歇信号,扫描俄歇能谱仪中还采用一系列的新技术3,如新型高传输率电子传输透镜系统、高质量的电子能量分析器和接收探测器。还配备有计算机、专业软件以及高精度自动样品定位系统。目前,SAM分析技术已经很成熟,技术性能和可操作性得到很大的发展。以往俄歇电子能谱仪

4、中,使用的激发源是钨灯丝电子枪和六硼化镧电子枪,其束斑直径大(～102nm)、亮度低,限制SAM的空间分辨。现代俄歇前言随着微尺度器件。(SPM)可以提供微观形貌、结构、电学力学特性信息,但无法直接测定化学组成。而显微电子能谱可直接测量材料的微结构或微小区域中元素组分和化学态及其分布。这一分析技术在某种程度上与SPM等技术相互补充,以满足迫切需要的全方位显微分析技术。与普通常规电子能谱分析技术1,2不同,显微电子能谱技术是将显微术和电子能谱分析术结合起来的一种分析技术,如扫描俄歇电子能谱微探针(SAM)、小面积X射线电子能谱(SAXPS)和成像X射

5、线电子能谱(iXPS)都可对样品进行显微分析。近年来随着电子能谱中一系列新技术的应用3,显微电子能谱分析仪器有了长足的发展。目前,SAM的空μ间最佳分辨率～10nm,iXPS已达到～2m,SAXPS可μ达到～15m。显微电子能谱是常规电子能谱的发展与延伸,也是电子能谱将来的发展方向。它具有较高的空间分——————————————————————————————————————----------------------------------------------------------------------------------------

6、--------辨率和很高的检测灵敏度,能对样品表面微特征结构进行点、线和选区面积的显微电子能谱分析,在材料分析中倍受重视。本文将着重介绍空间分辨较高的显微俄歇电子能谱的发展、原理与应用。电子能谱仪中SAM功能,一般装备热场发射电子枪。此电子枪具有亮度高、能量分散度小、稳定性好等优点。用场发射电子枪激发的AES,称为场发射俄歇电子能谱(FE2AES)。目前电子能谱中所使用的场发射电子枪的束斑可以达到7nm(能量25keV,束流>1nA)。因此,SEM像和SAM像的分辨率分别可达到7nm和10nm(CuLMM俄歇峰)。完全可应用于微电子产品和纳

7、米材料的分析。值得注意的是SAM的空间的分辨率总是比SEM差。这是因为俄1　AES显微分析技术及发展除H和He外所有原子受激发后都可产生俄歇电子,通过俄歇电子能谱(AES)可测量样品表面的元素组分和化学态。AES分析元素范围宽,表面灵敏度高,是主要的表面分析技术。显微AES是AES中很有特色的分析功能。一般显微AES技术是先获得SEM像,再在SEM像上确定分析位置和分析方歇电子的能量往往大于真二次电子,在样品中的作1现代仪器用区域较SEM大4。对于同一材料,随逃逸电子的能量增大,电子逃逸的纵向和横向范围都会扩大。在文献[3]中有具体例证说明这一问题

8、。对于同一能量的入射电子,不同元素的SAM空间分辨不同。—————————————————————————————————