원자 프로브 단층 촬영 (APT)

APT (Atom Probe tomography)는 고감도로 3D (XNUMX 차원) 공간 이미징 및 화학 성분 측정을 제공하는 나노 스케일 재료 분석 기술입니다.

이 기술은 시료 표면에서 개별 원자 / 원자 클러스터의 이온화 및 후속 필드 증발에 의존합니다. 시편은 정점 반경이 100 nm 미만인 원추형 팁 형태로 준비됩니다. 필드 증발은 기본 DC 전압 바이어스 (일반적으로 1-10kV 사이)와 펄스 전압 (전도성 샘플) 또는 펄스 레이저 (반도체 및 절연 샘플)의 결과로 발생합니다. 시편은 열 격자 진동을 억제하고 공간 위치를 개선하기 위해 25-80K 사이로 극저온으로 냉각됩니다.

2D 맵 (장치 수준) : 장치 구조에 대한 정보를 제공하고 다른 기술과 연관시키는 데 사용됩니다.

현장 증발 이온은 위치 감지 검출기 (PSD)에 수집되어 x 및 y 위치를 정확하게 식별합니다. 수집 된 이온의 순서는 z 위치에 사용됩니다. x, y 및 z는 함께 표본 팁의 공간 이미징을 제공합니다. 이온의 비행 시간도 측정되고 화학 성분 측정을 위해 질량 대 전하 비율로 변환됩니다. 공간 분해능은 깊이가 최대 0.3nm이고 측면으로 0.5nm이며 금속 샘플로 제한됩니다. 반도체 및 절연 샘플의 해상도는 더 낮으며 일반적으로 기껏해야 ~ 1nm입니다. APT의 화학적 민감도는 10ppm입니다.

재료 유형에 따라 x 및 y에서 ~ 30-50 nm 및 z에서 100-500 nm 사이의 분석 영역에서이 기술은 [a] 3D 구조 / 매립 된 인터페이스가 존재하는 경우에 특히 유용합니다. [b] 원자 번호 (Z) 요소는 도펀트 또는 벌크 형태로 존재하며 [c] 나노 미터 크기의 클러스터는 구조의 일부입니다. APT는 다음과 같은 화학적 감도를 제공하지 않지만 SIMS 분석 서비스 (3 차 이온 질량 분석법), SIMS로는 불가능한 XNUMXD 구조 내의 원소를 식별 할 수 있습니다. 또한 더 높은 화학적 감도를 제공합니다. TEM / STEM (주사 / 투과 전자 현미경) 관련 기술 : EDX (에너지 분산 형 X 선 분광법) 및 EELS (전자 에너지 손실 분광법). 나노 규모 클러스터의 3D 구성 분석은 TEM / STEM을 사용하여 측정 할 수 없기 때문에 APT를 사용하여 일상적으로 수행됩니다.

Nanolab의 LEAP 5000XR은 현재 기기의 이전 버전과 비교하여 가장 높은 검출기 효율성, 더 높은 신호 대 잡음비 및 더 많은 볼륨을 캡처 및 분석하는 최신 기기 기능입니다. 이를 통해 다른 기술로는 측정 할 수없는 저농도 요소를 3D로 캡처 할 수 있습니다.

자세한 내용은 APT 기술 노트를 다운로드하십시오. 

APT (Atom Probe Tomography)의 이상적인 사용

  • FinFET, PMOS 캡 레이어, 3D NAND, 광전지에서 곡선 또는 비 균일 입자 경계와 같은 3D 구조 분석.
  • 금속 합금 (Al 7075, 형상 기억, Ti)과 같은 조성 및 화학적 식별을위한 나노 스케일 침전물 및 매트릭스 분석.
  • 가벼운 원소 분석-리튬 이온 배터리와 같은 Be, B, Li, C 및 Al.
  • LED, 핀펫, 2D NAND 메모리 및 리튬 이온 배터리의 표면 코팅을위한 3D 및 3D의 저농도 도펀트.

분석 유형

  • 원소지도 : 균질성 / 이질성 및 2D 또는 3D 위치를 위해 재료 / 장치에서 개별 화학 종을 관찰하는 것은 Atom Probe Tomography 분석의 중요한 측면입니다. 일반적으로이 분석에는 2D 맵과 3D 영화가 사용됩니다.
  • 구성 변화 : APT는 깊이 또는 농도를 기반으로하는 선 프로파일, proxigram 및 등 농도 표면과 같은 구성을 분석하는 여러 가지 방법을 제공합니다.
  • 클러스터 분석 : APT는 매트릭스 내에서 나노 스케일 (1-10nm) 원소 클러스터 분석에 매우 적합합니다. 모든 모양과 크기의 개별 클러스터에 대한 클러스터 크기 및 구성은 APT로 분석 할 수 있습니다. 많은 수의 클러스터를 사용하여 추가 정량 분석을 수행 할 수 있습니다.
  • 도펀트 식별 및 구성 : 3D에서 도펀트 위치 식별, 화학적 구성 및 수 밀도 (~ 10ppm 또는 5E18 원자 / cm까지)3, 최상의 경우) APT를 사용하여 얻을 수 있습니다.
  • 상관 연구 : 대부분의 경우 상호 보완적인 기술을 사용한 상관 연구는 고객의 구체적인 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. STEM, EBIC, EBSD, 전자 단층 촬영 및 SIMS는 모두 3D APT 데이터의 해석을 돕기 위해 일상적으로 사용되는 기술입니다.
  • 특정 지역 분석 : 고객 요구 사항에 따라 다양한 분석 조합을 사용하여 특정 지역을 더 잘 이해할 수 있습니다.

APT (Atom Probe Tomography) 강점

  • 소량의 도펀트 매핑.
  • 조명 요소 (예 : Li 및 B) 감지 및 매핑.
  • 동위 원소를 식별하는 능력.
  • 모든 요소의 동일한 검출 확률 (HU).
  • 나노 스케일 침전물에 대한 클러스터 분석.
  • 시료에 존재하는 다양한 요소를 식별하기위한 높은 질량 분해능.

APT 제한

  • 상당한 샘플 준비 시간 (4-6 시간).
  • 소량의 샘플링 볼륨.
  • 일부 재료는 높은 전기장에서 안정적이지 않을 수 있으므로 데이터 수집 수율이 낮습니다.
  • 각 재료 유형 및 구조에 대해 최적화 된 매개 변수를 얻어야합니다.
  • 질량 스펙트럼에서 겹치는 다른 요소를 포함하는 특정 사례에 대한 정량화 정확도가 낮습니다.
  • 궤적 수차로 인해 이종 접합 또는 복잡한 형상의 경우 공간 해상도 및 구성 정확도가 제한 될 수 있습니다.

APT 기술 사양

  • 분석 유형: 3D
  • 자재 유형: 금속, 반도체, 산화물, 세라믹.
  • 감지 된 요소: HU
  • 감지 한계: ~ 10 ppm (~ 5E18 원자 / cm3)
  • 이미징 / 매핑: 네
  • 최대 측면 해상도: 측면 0.5nm, 깊이 0.3nm
  • 분석 영역: 50 * 50 nm2
  • 분석 깊이: 100 ~ 500nm
  • 감지 된 이온 유형: 양전하
  • 동위 원소 식별: 네

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