俄歇電子能譜（Auger Electron Spectroscopy, AES）作為一種高度靈敏的表面分析技術(shù),，廣泛應(yīng)用于材料科學(xué),、半導(dǎo)體工業(yè)及化學(xué)工程等領(lǐng)域，用于研究固體表面的化學(xué)組成及元素分布,。ULVAC-PHI公司匠心打造的PHI 710掃描俄歇納米探針系統(tǒng),，采用同軸筒鏡式電子能量分析器的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)納米表面特征,、薄膜結(jié)構(gòu)和表面污染物成分全方面表征和二次電子成像同步觀測(cè),。
圖1. PHI 710設(shè)備外觀圖。
PHI 710掃描俄歇納米探針系統(tǒng)是該領(lǐng)域的先進(jìn)設(shè)備,，其結(jié)構(gòu)構(gòu)成復(fù)雜而精密,，主要包括以下幾個(gè)關(guān)鍵部分：超高真空系統(tǒng)、電子設(shè)備系統(tǒng),、電子能量分析器,、五軸樣品臺(tái)和離子設(shè)備等。
圖2. PHI 710激發(fā)源,、分析器和探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖,。
一、超高真空（UHV）系統(tǒng)
整個(gè)AES系統(tǒng)需要在超高真空（UHV）環(huán)境下運(yùn)行,，既可以減少電子束與殘留氣體分子的相互作用,，又可以避免樣品在測(cè)試過(guò)程中遭受污染。真空系統(tǒng)包括機(jī)械泵,、分子泵,、離子泵和鈦升華泵等設(shè)備，用于維持系統(tǒng)的超高真空狀態(tài),。肖特基場(chǎng)發(fā)射電子源特別配備了單獨(dú)的離子泵抽氣系統(tǒng)以延長(zhǎng)發(fā)射源壽命,。
二、電子源系統(tǒng)
AES系統(tǒng)采用肖特基熱場(chǎng)發(fā)射電子源,，其發(fā)射材料被制成尖點(diǎn)形狀,，利用熱電子發(fā)射效應(yīng)產(chǎn)生穩(wěn)定、高亮度且低能散的電子束,。該系統(tǒng)還包括一系列精密設(shè)計(jì)的靜電透鏡和偏轉(zhuǎn)線圈,，用于精確控制電子束的加速、聚焦、偏轉(zhuǎn)和掃描,。通過(guò)準(zhǔn)確控制,，可以在25 kV時(shí)將場(chǎng)發(fā)射源聚焦到納米尺度，實(shí)現(xiàn)空間分辨率< 3nm,，同時(shí)保持其位置穩(wěn)定在±< 5nm以內(nèi),；在電壓為20 kV與發(fā)射電流為1 nA時(shí)，實(shí)現(xiàn)俄歇空間分辨率< 8 nm,。此外,，該電子源在CMA分析器內(nèi)采用的同軸幾何構(gòu)造，可以確保利用 1 kV彈性峰值對(duì)樣品Z高度精確對(duì)準(zhǔn),。
三,、能量分析器系統(tǒng)
同軸筒鏡式電子能量分析器（Cylindrical Mirror Electron Energy Analyzer，簡(jiǎn)稱CMA）,，作為AES系統(tǒng)的一個(gè)重要部件,，用于收集和分析從樣品表面激發(fā)出的俄歇電子。CMA通過(guò)靜電場(chǎng)和磁場(chǎng)的組合作用,，實(shí)現(xiàn)對(duì)俄歇電子進(jìn)行能量色散和聚焦,，結(jié)果將不同能量的電子按能量順序投射到檢測(cè)器上，形成俄歇電子能譜圖,。相較于傳統(tǒng)的半球型能量分析器（Spherical Capsule Analyzer,，簡(jiǎn)稱SCA），CMA具有的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn),，特別是在俄歇電子的收集效率和避免陰影效應(yīng)方面,。如圖3所示，CMA的設(shè)計(jì)使能量分析器能夠360°地接收樣品表面飛出的俄歇電子,。這意味著無(wú)論樣品的形狀如何復(fù)雜,，或者樣品表面是否傾斜，CMA都能夠有效地收集和分析從樣品表面逸出的俄歇電子,。
圖3. PHI 710同軸筒鏡式電子能量分析器示意圖,。
這種同軸幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很大的提高了俄歇電子的收集效率，使得俄歇的靈敏度在很寬的發(fā)射角范圍內(nèi)保持不變,，從而增強(qiáng)了AES分析的準(zhǔn)確性和可靠性,。尤為值得一提的是，樣品復(fù)雜的形狀或特殊表面特征可能導(dǎo)致陰影效應(yīng),，進(jìn)而干擾電子的收集和分析,。然而，CMA的設(shè)計(jì)使得它能夠避免這種陰影效應(yīng),，從而確保分析的可靠性和穩(wěn)定性,。
圖4. 不同發(fā)射角下CMA和SCA俄歇靈敏度比較,。
圖5直觀展示了CMA和SCA在工作原理和成像對(duì)比方面的差異?？梢钥吹?，SCA分析器因其電子源和分析器非同軸構(gòu)造特征，不可避免地遭遇了明顯的陰影效應(yīng),。在對(duì)Ni球這類典型樣品進(jìn)行分析時(shí),，陰影效應(yīng)如同一道屏障,，導(dǎo)致圖像中出現(xiàn)了明顯的暗區(qū)或信息缺失,。相比之下，CMA分析器以其同軸幾何設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì),，在相同條件下對(duì)Ni球進(jìn)行分析時(shí),，展現(xiàn)出了好的成像質(zhì)量：圖像清晰無(wú)陰影，細(xì)膩地捕捉到了樣品表面的每一個(gè)細(xì)節(jié),，準(zhǔn)確無(wú)誤地反映了樣品的真實(shí)信息,。這一對(duì)比不僅彰顯了CMA在避免陰影效應(yīng)方面的好能力，也進(jìn)一步印證了其在提升AES分析準(zhǔn)確性與可靠性方面的巨大潛力,。
圖5. CMA與SCA能量分析器工作原理及成像對(duì)比,。
四、五軸樣品臺(tái)
五軸樣品臺(tái)集成了精密的平移和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),，可沿X軸,、Y軸、Z軸,、T軸（傾斜軸）,、R軸（旋轉(zhuǎn)軸）的自由運(yùn)動(dòng)。該設(shè)計(jì)允許在X軸與Y軸上實(shí)現(xiàn)±25毫米的大范圍平移,，這一范圍確保了在樣品無(wú)需傾斜時(shí),，即可輕松測(cè)試直徑達(dá)50毫米的樣品區(qū)域。同時(shí),，20毫米的Z軸平移結(jié)合0°至60°的傾斜調(diào)節(jié)功能,，賦予了用戶精確調(diào)整樣品位置以優(yōu)化分析條件的能力。如圖6所示,，在深度剖析濺射時(shí),，五軸樣品臺(tái)通過(guò)共心旋轉(zhuǎn)（Zalar Rotation）能夠圍繞待測(cè)樣品中心點(diǎn)進(jìn)行精確旋轉(zhuǎn)，有效減少因?yàn)R射引起的表面粗糙度,，并明顯提升界面分辨率,。
五、離子設(shè)備
氬氣離子設(shè)備作為AES的濺射源,，可對(duì)材料進(jìn)行表面清潔及縱向深度組成與結(jié)構(gòu)分析,。離子設(shè)備通過(guò)發(fā)射的電子束撞擊氬氣氣體分子,，使其電離成帶正電的離子，隨后被聚焦和加速,，形成一個(gè)高能離子束,，然后轟擊到樣品表面。
圖6.深度剖析結(jié)果對(duì)比：（左）Zalar Rotation,，（右）非Zalar Rotation,。
PHI 710作為納米尺度的表面分析技術(shù)，提供了高穩(wěn)定性的 AES 成像平臺(tái),。該系統(tǒng)集成了隔聲罩,、低噪聲電子系統(tǒng)、穩(wěn)定的樣品臺(tái)和可靠的成像匹配軟件,，可實(shí)現(xiàn)AES對(duì)納米級(jí)形貌特征的采譜和成像,。此外，PHI 710具有強(qiáng)大的可擴(kuò)展性,，用戶可根據(jù)研究需求,，靈活配置冷脆斷樣品臺(tái)、能量色散X射線能譜(EDS),、聚焦離子束(FIB),、電子背散射衍射(EBSD)和背散射電子(BSE)探測(cè)器等功能模塊。這些關(guān)鍵配置協(xié)同工作,，共同賦予了PHI 710掃描俄歇納米探針系統(tǒng)的分析能力與靈活性,，使其成為材料科學(xué)、半導(dǎo)體工業(yè)等領(lǐng)域不能缺少的分析設(shè)備,。
-轉(zhuǎn)載于《PHI表面分析 UPN》公眾號(hào)
(空格分隔,最多3個(gè),單個(gè)標(biāo)簽最多10個(gè)字符)
會(huì)員.png)
6
立即詢價(jià)
您提交后,，專屬客服將第一時(shí)間為您服務(wù)