La tomographie par sonde atomique (APT) est une technique d'analyse de matériaux à l'échelle nanométrique qui fournit une imagerie spatiale 3D (tridimensionnelle) et des mesures de composition chimique avec une sensibilité élevée.
La technique repose sur l'ionisation et l'évaporation ultérieure sur le terrain d'atomes individuels / amas atomiques à partir de la surface d'un échantillon. L'échantillon est préparé sous la forme d'une pointe conique avec un rayon au sommet <100 nm. L'évaporation de champ se produit à la suite d'une polarisation de tension continue de base (généralement entre 1 et 10 kV) et d'une tension pulsée (échantillons conducteurs) ou d'un laser pulsé (échantillons semi-conducteurs et isolants). L'échantillon est également refroidi cryogéniquement entre 25 et 80 K pour supprimer les vibrations thermiques du réseau et améliorer le positionnement spatial.
Cartes 2D (niveau appareil): elles sont utilisées pour fournir des informations sur la structure de l'appareil et pour établir une corrélation avec d'autres techniques.
Les ions évaporés sur le terrain sont collectés sur un détecteur sensible à la position (PSD) pour identifier avec précision les positions x et y. La séquence d'ions collectés est utilisée pour la position z. Les x, y et z fournissent ensemble l'imagerie spatiale de la pointe de l'échantillon. Le temps de vol des ions est également mesuré et converti en un rapport masse / charge pour les mesures de composition chimique. La résolution spatiale est jusqu'à 0.3 nm de profondeur et 0.5 nm latéralement, ce qui est limité aux échantillons métalliques. La résolution des échantillons semi-conducteurs et isolants est inférieure, typiquement ~ 1 nm au mieux. La sensibilité chimique de l'APT est de 10 ppm.
Avec des zones d'analyse d'environ 30 à 50 nm en x et y et entre 100 et 500 nm en z en fonction du type de matériau, cette technique est particulièrement utile pour les cas où [a] des structures 3D/interfaces enterrées sont présentes, [b] faible des éléments de numéro atomique (Z) sont présents, soit sous forme de dopants, soit dans la masse et [c] des amas de taille nanométrique font partie de la structure. Bien que l'APT n'offre pas la même sensibilité chimique que SIMS (spectrométrie de masse d'ions secondaires), elle permet d'identifier des éléments au sein de structures 3D qui n'est pas possible avec SIMS. Il offre également une sensibilité chimique plus élevée que TEM / STEM (microscopie électronique à balayage / transmission) des techniques telles que EDX (spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie) et EELS (spectroscopie de perte d'énergie électronique). L'analyse de la composition 3D de grappes à l'échelle nanométrique est systématiquement effectuée à l'aide d'APT, car il n'est pas possible de mesurer à l'aide de TEM / STEM.
Le LEAP 5000XR de Nanolab est actuellement le dernier en termes de capacité d'instrument avec une efficacité de détecteur plus élevée, un rapport signal / bruit plus élevé et des volumes plus importants capturés et analysés par rapport aux anciennes versions de l'instrument. Celles-ci permettent de capturer en 3D des éléments à faible concentration qu'il n'est pas possible de mesurer avec d'autres techniques.
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