其它显微分析 1ppt课件

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1、1第十章其它显微分析方法简介（1）离子探针分析仪(IMA)；（2）俄歇电子能谱仪(AES)；（3）X射线光电子能谱仪(XPS)；（4）扫描隧道显微镜(STM)（5）原子力显微镜(AFM)。离子探针IonMicroprobeAnalyzer23电子探针仪优缺点表面微区成分分析：常用的主要工具仍是电子探针仪。优点：（1）定量分析的精度较高；对Z>10、浓度>10％wt的元素，其误差在±5％内。（2）无损：可重复分析。缺点：（1）高能电子束对样品的穿透深度和侧向扩展较大，一般达μm级，难以满足薄层表面分析要求。（2）对Z≤11的轻

2、元素分析困难，因其荧光产额低，特征X射线光子能量小，使其检测灵敏度和定量精度都较差。4离子探针仪的基本原理离子探针仪的基本原理：利用离子枪将惰性气体电离形成一次离子，通过12-20KV电压加速并聚焦成细小的高能离子束轰击固体样品表面，使样品激发和溅射出正、负二次离子，采用质谱仪对二次离子按质荷比分开，并用探测器测量记录二次离子质谱（强度按质荷比地分布），从而确定固体表面所含元素的种类和数量。离子探针：学名称二次离子质谱仪（SecondIonMassSpectroscopy---SIMS）。5离子探针仪结构离子探针仪结构：一次

3、离子光学系统、二次离子分析系统等两部分组成。图14-1离子探针仪结构示意图①一次离子光学系统：离子枪、扇形磁铁、电磁透镜组功能：形成能量相近的细小束斑的高能离子束②二次离子分析系统：二次离子引出装置、质谱仪、二次离子探测器离子探针质谱分析结果818.5KV的O-离子轰击硅半导体9离子探针的特点离子探针：功能上与电子探针类似，只是以离子束代替电子束，以质谱仪代替X射线分析器。与电子探针相比，离子探针有以下几个特点：1.离子束在固体表面穿透深度（几个原子层）比电子束浅，可对极薄表层的深度进行成份分析。分析区域：直径1～2μm、深

4、度＜5nm，大大改善了表面成分分析的功能。2.可分析包括H、Li元素在内的轻元素，特别是H元素，此功能是其它仪器不具备的。3.可探测微量元素(～0.005%，电子探针～0.01%)。4.可作同位素分析。10几种表面微区成分分析技术的对比表14-1几种表面微区成分分析技术的性能对比11离子探针的应用由于离子探针的特点，目前可应用于诸多方面的分析研究：1.表面分析:（包括单分子层的分析），诸如催化、腐蚀、吸附、和扩散等一些表面现象的分析研究。2.深度剖面分析：（深度大于50nm的分析），在薄膜分析、扩散和离子注入等研究中，是测定

5、杂质和同位素的深度浓度分布最有效的表面分析工具。3.面分析：通过离子成像法可提供元素横向分布的信息和适当条件下定量信息。目前离子成像已用于研究晶界析出物、冶金和单晶的效应、横向扩散、矿物相的特征以及表面杂质分布等。4.微区分析：（小于25μm微区）用于痕量元素分析、杂质分析、空气中悬浮粒子的分析等。12离子探针仪在半导体材料方面的应用离子探针有许多优点，自问世以来在半导体、金属、矿物、环境保护、同位素和催化剂各方面的应用都有很大发展。离子探针仪在半导体材料方面的应用：半导体材料纯度高，要求分析区域小，且要求表面和深度分析，因

6、此，离子探针最适合发挥作用的领域。其中有代表性的工作有：1．表面、界面和体材料的杂质分析：①测定材料表面沾污层，表面吸附层，和表面氧化层中的杂含量，以便了解材料性能和改进工艺条件。②测定每道工艺过程（如切、磨、抛、腐蚀、光刻等）前后表面组分变化，以便改进工艺条件，提高质量。13一、离子探针仪在半导体材料方面的应用③测定铝-硅(Al-Si)接触面处，铝和硅的互扩散，分析失效原因。④研究SiO2-Si界面性质，对制作电子学器件是很重要的。离子探针给出硅上热生长100nmSiO2薄膜的分析结果，帮助准确地确定界面位置。⑤分析半导体

7、材料中的析出物，化合物半导体材料中的组分偏析，单晶中微缺陷等。⑥研究非晶态和晶态硅膜上的杂质和离子群问题，了解晶体形成的机理。⑦测定氟氢酸腐蚀过的导电层和硅阳极氧化层中所含的氟量。14离子探针仪在半导体材料方面的应用2．离子注入掺杂的测定：①定性或半定量地测定掺杂元素，如掺入硅中的硼、磷、砷、锑等在半导体中的扩散和反扩散分布。②定量测定注入到半导体材料中掺杂元素的注入分布，探索注入条件，验证注入效果，进一步了解离子在能量损失机理。离子探针：是进行深度分析最有效和快速的方法之一。如：有人测量了Si中注入B的浓度分布，也有人测定

8、砷在硅中的分布，还有人研究了Si中注入P、O和N等的浓度分布，以及注入氮的分布的研究。俄歇电子能谱仪AugerElectronSpectrometer1516俄歇电子能谱仪的基本原理俄歇电子能谱仪基本原理：高能电子束与固体样品相互作用时，使内层电子激发、跃迁，所释放出能量，并不以X射线形式