原子プローブトモグラフィー(APT)

アトムプローブトモグラフィー(APT)は、高感度の3D(XNUMX次元)空間イメージングと化学組成測定を提供するナノスケールの材料分析手法です。

この手法は、イオン化とそれに続く試料表面からの個々の原子/原子クラスターの電界蒸発に依存しています。 試料は、頂点半径が100nm未満の円錐形の先端の形で準備されます。 電界蒸発は、ベースDC電圧バイアス(通常1〜10 kV)とパルス電圧(導電性サンプル)またはパルスレーザー(半導体および絶縁サンプル)の結果として発生します。 試料はまた、熱格子振動を抑制し、空間配置を改善するために、25〜80Kの間に極低温に冷却されます。

2Dマップ(デバイスレベル):これらは、デバイス構造に関する情報を提供し、他の手法と相互に関連付けるために使用されます。

電界蒸発イオンは、位置検出器(PSD)に収集され、xとyの位置を正確に識別します。 収集されたイオンのシーケンスがz位置に使用されます。 x、y、およびzは一緒になって、標本先端の空間イメージングを提供します。 イオンの飛行時間も測定され、化学組成測定のために質量電荷比に変換されます。 空間分解能は、最大0.3 nmの深さと0.5 nmの横方向であり、金属サンプルに限定されます。 半導体および絶縁体のサンプルの解像度は低く、通常、最高で1 nmです。 APTの化学的感受性は10 ppmです。

材料タイプに基づいて、xとyが約30〜50 nm、zが100〜500 nmの分析領域があるため、この手法は、[a] 3D構造/埋め込み界面が存在する[b]低い場合に特に役立ちます。原子番号(Z)元素は、ドーパントとして、またはバルクに存在し、[c]ナノメートルサイズのクラスターは構造の一部です。 APTはと同じ化学物質過敏症を提供しませんが SIMS (二次イオン質量分析)、SIMSでは不可能な3D構造内の要素の識別を可能にします。 それはまたより高い化学的感受性を提供します TEM / STEM (走査/透過型電子顕微鏡)関連技術 EDX (エネルギー分散型X線分光法)および EELS (電子エネルギー損失分光法)。 3D Compositional analysis of nanoscale clusters is routinely carried out using APT, as it is not possible to measure using TEM/STEM.ナノスケールクラスターのXNUMXD組成分析は、TEM / STEMを使用して測定することはできないため、APTを使用して日常的に実行されます。

NanolabのLEAP 5000XRは現在、最新の機器機能であり、検出器の効率が高く、信号対雑音比が高く、より古いボリュームの機器と比較して、キャプチャおよび分析されるボリュームが大きくなっています。 これらにより、他の手法では測定できない3Dの低濃度要素のキャプチャが可能になります。

詳細については、APTテクニックノートをダウンロードしてください。 

Atom Probe Tomography (APT) の理想的な用途

  • 太陽光発電におけるFinFET、PMOSキャップ層、3D NAND、湾曲または不均一な結晶粒界などの3D構造解析。
  • 金属合金(Al 7075、形状記憶、Ti)などの組成と化学物質の同定のためのナノスケールの析出物とマトリックス分析。
  • 軽元素分析— Be、B、Li、C、およびAl(リチウムイオン電池など)。
  • LED、フィンフェット、2D NANDメモリ、リチウムイオンバッテリーの表面コーティング用の3Dおよび3Dの低濃度ドーパント。

分析の種類

  • エレメンタルマップ: 均質性/不均一性および 2D または 3D 位置の材料/デバイス内の個々の化学種の観察は、アトム プローブ トモグラフィ分析の重要な側面です。 通常、この分析には 2D マップと 3D ムービーが使用されます。
  • 組成の変化: APTは、深さや濃度に基づいたラインプロファイル、プロキシグラム、等濃度面など、組成を分析するための複数の方法を提供します。
  • クラスター分析: APTは、マトリックス内の元素のナノスケール(1〜10 nm)クラスターの分析に非常に適しています。 The cluster size and composition for individual clusters of any shape and size can be analyzed with APT.任意の形状とサイズの個々のクラスターのクラスターサイズと構成は、APTで分析できます。 With a large number of clusters, further quantitative analysis can be carried out.クラスターの数が多い場合は、さらに定量分析を行うことができます。
  • ドーパントの識別と組成: 3Dでのドーパントの位置、その化学組成、および数密度の特定(〜10ppmまたは5E18原子/ cmまで)3、最良の場合)はAPTを使用して取得できます。
  • 相関研究: STEM、EBIC、EBSD、電子トモグラフィー、SIMSはすべて、3DAPTデータの解釈を支援するために日常的に使用されている手法です。
  • 特定の地域分析: 顧客の要件に基づいて、さまざまな分析を組み合わせて、特定の地域をよりよく理解することができます。

Atom Probe Tomography (APT) の強み

  • 少量のドーパントのマッピング。
  • 軽元素(LiやBなど)の検出とマッピング。
  • 同位体を識別する能力。
  • すべての元素(HU)が検出される確率が等しい。
  • ナノスケールの沈殿物のクラスター分析。
  • 試料に存在するさまざまな元素を識別するための高い質量分解能。

APT の制限事項

  • 大幅なサンプル準備時間(4〜6時間)。
  • 少量のサンプリング。
  • 一部の材料は高電界では安定しない可能性があるため、データ取得の収率が低い。
  • 最適化されたパラメータは、各材料タイプと構造について取得する必要があります。
  • マススペクトルが重複するさまざまな元素を含む特定のケースの定量精度が低い。
  • 空間分解能と組成精度は、軌道収差のためにヘテロ接合または複雑な形状では制限される可能性があります。

APT技術仕様

  • 分析タイプ:3D
  • 品目タイプ:金属、半導体、酸化物、セラミック。
  • 検出された要素:HU
  • 検出限界:〜10 ppm(〜5E18原子/ cm3)
  • イメージング/マッピング: はい
  • 最大横方向解像度:横方向に0.5 nm、深さ0.3 nm
  • 分析エリア:50 * 50 nm2
  • 分析の深さ:100-500 nm
  • 検出されたイオンタイプ:正電荷
  • 同位体の識別: はい

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