原子探针断层扫描(APT)

原子探针层析成像(APT)是一种纳米级材料分析技术,可提供3D(三维)空间成像和化学成分测量,且灵敏度高。

该技术依赖于样品表面上单个原子/原子簇的电离和随后的场蒸发。 将样品制成圆锥形尖端的形式,其顶点半径<100 nm。 场蒸发的发生是由于基本直流电压偏置(通常在1-10 kV之间)和脉冲电压(导电样品)或脉冲激光(半导体样品和绝缘样品)引起的。 还可以将样品低温冷却至25-80 K之间,以抑制热晶格振动并改善空间定位。

2D映射(设备级别):用于提供有关设备结构的信息并与其他技术关联。

场蒸发离子被收集到位置敏感检测器(PSD)上,以准确识别x和y位置。 所收集的离子序列用于z位置。 x,y和z一起提供了样品尖端的空间成像。 还测量离子的飞行时间,并将其转换为质荷比以进行化学成分测量。 空间分辨率的深度最大为0.3 nm,横向最大为0.5 nm,仅限于金属样本。 半导体和绝缘样品的分辨率较低,通常最多约为1 nm。 APT的化学敏感性为10 ppm。

根据材料类型,分析区域的x和y约为30-50 nm,z约为100-500 nm,对于存在[a] 3D结构/埋入界面,[b]低的情况,该技术特别有用原子序数(Z)元素(作为掺杂剂)或存在于本体中,并且[c]纳米级簇是该结构的一部分。 尽管APT所提供的化学敏感性与 SIMS (二次离子质谱法),它可以识别3D结构中的元素,而SIMS则无法实现。 它还提供了比 TEM / STEM (扫描/透射电子显微镜)相关技术,例如 EDX (能量色散X射线光谱)和 EELS (电子能量损失谱)。 3D Compositional analysis of nanoscale clusters is routinely carried out using APT, as it is not possible to measure using TEM/STEM.纳米簇的XNUMXD成分分析通常使用APT进行,因为无法使用TEM / STEM进行测量。

Nanolab的LEAP 5000XR是最新的仪器功能,与旧版仪器相比,具有最高的检测器效率,更高的信噪比以及更大的捕获和分析体积。 这些功能可以捕获3D中无法使用其他技术进行测量的低浓度元素。

下载APT技术说明以了解更多信息。 

原子探针断层扫描 (APT) 的理想用途

  • 3D结构分析,例如FinFET,PMOS覆盖层,3D NAND,光伏中的弯曲或不均匀晶界。
  • 纳米级沉淀物和基体分析,用于成分和化学识别,例如金属合金(Al 7075,形状记忆,Ti)。
  • 轻元素分析-Be,B,Li,C和Al等锂离子电池。
  • 用于LED,finfet,2D NAND存储器和锂离子电池表面涂层的3D和3D低浓度掺杂剂。

分析类型

  • 元素图: 观察材料/设备中单个化学物质的同质性/异质性和 2D 或 3D 位置是原子探针断层扫描分析的一个重要方面。 通常 2D 地图和 3D 电影用于此分析。
  • 成分变化: APT提供了多种方法来分析成分,例如基于深度或浓度的线轮廓,曲线图和等浓度曲面。
  • 聚类分析: APT非常适合分析矩阵中元素的纳米级(1-10 nm)簇。 The cluster size and composition for individual clusters of any shape and size can be analyzed with APT.可以使用APT分析任何形状和大小的单个群集的群集大小和组成。 With a large number of clusters, further quantitative analysis can be carried out.对于大量的簇,可以进行进一步的定量分析。
  • 掺杂物识别和组成: 识别3D中的掺杂剂位置,其化学成分和数量密度(直到〜10 ppm或5E18原子/ cm3,最好的情况下)可以使用APT获得。
  • 相关研究: STEM,EBIC,EBSD,电子断层扫描和SIMS都是常规用于辅助3D APT数据解释的技术。
  • 具体区域分析: 根据客户要求,可以使用不同分析的组合来更好地了解特定区域。

原子探针断层扫描 (APT) 的优势

  • 小体积掺杂物映射。
  • 轻元素(例如Li和B)的检测和映射。
  • 识别同位素的能力。
  • 所有元素的检测概率均等(HU)。
  • 纳米级沉淀物的聚类分析。
  • 高质量分辨率,可识别样品中存在的各种元素。

APT 限制

  • 大量的样品制备时间(4-6小时)。
  • 采样量小。
  • 由于某些材料在高电场中可能不稳定,因此数据采集的收率低。
  • 需要针对每种材料类型和结构获得优化的参数。
  • 对于某些包含质谱重叠的不同元素的情况,定量准确性低。
  • 由于轨迹像差,异质结或复杂几何形状可能会限制空间分辨率和合成精度。

APT技术规格

  • 分析类型:3D
  • 材料种类:金属,半导体,氧化物,陶瓷。
  • 检测到元素:HU
  • 检测限:〜10 ppm(〜5E18原子/厘米3)
  • 成像/映射:是
  • 最大横向分辨率:横向0.5 nm和深度0.3 nm
  • 分析区域:50 * 50纳米2
  • 分析深度:100-500纳米
  • 检测离子类型:带正电
  • 同位素鉴定:是

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