原子探針層析成像(APT)是一種納米級材料分析技術，可提供3D(三維)空間成像和化學成分測量，且靈敏度高。

該技術依賴于樣品表面上單個原子/原子簇的電離和隨后的場蒸發。 將樣品制成圓錐形尖端的形式，其頂點半徑<100 nm。 場蒸發的發生是由于基本直流電壓偏置(通常在1-10 kV之間)和脈沖電壓(導電樣品)或脈沖激光(半導體樣品和絕緣樣品)引起的。 還可以將樣品低溫冷卻至25-80 K之間，以抑制熱晶格振動并改善空間定位。

2D映射(設備級別)：用于提供有關設備結構的信息并與其他技術關聯。

場蒸發離子被收集到位置敏感檢測器(PSD)上，以準確識別x和y位置。 所收集的離子序列用于z位置。 x，y和z一起提供了樣品尖端的空間成像。 還測量離子的飛行時間，并將其轉換為質荷比以進行化學成分測量。 空間分辨率的深度最大為0.3 nm，橫向最大為0.5 nm，僅限于金屬樣本。 半導體和絕緣樣品的分辨率較低，通常最多約為1 nm。 APT的化學敏感性為10 ppm。

根據材料類型，分析區域在 x 和 y 方向為 ~ 30-50 nm，在 z 方向為 100-500 nm，該技術對于存在 [a] 3D 結構/掩埋界面，[b] 低的情況特別有用存在原子序數 (Z) 元素，無論是作為摻雜劑還是在本體中，[c] 納米級簇是結構的一部分。 雖然 APT 不提供與 SIMS (二次離子質譜法)，它可以識別3D結構中的元素，而SIMS則無法實現。 它還提供了比 TEM / STEM (掃描/透射電子顯微鏡)相關技術，例如 EDX (能量色散X射線光譜)和 EELS (電子能量損失譜)。 3D Compositional analysis of nanoscale clusters is routinely carried out using APT, as it is not possible to measure using TEM/STEM.納米簇的XNUMXD成分分析通常使用APT進行，因為無法使用TEM / STEM進行測量。

Nanolab的LEAP 5000XR是最新的儀器功能，與舊版儀器相比，具有最高的檢測器效率，更高的信噪比以及更大的捕獲和分析體積。 這些功能可以捕獲3D中無法使用其他技術進行測量的低濃度元素。

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原子探針斷層掃描 (APT) 的理想用途

3D結構分析，例如FinFET，PMOS覆蓋層，3D NAND，光伏中的彎曲或不均勻晶界。

納米級沉淀物和基體分析，用于成分和化學識別，例如金屬合金(Al 7075，形狀記憶，Ti)。

輕元素分析 — Be、B、Li、C 和 Al，例如鋰離子電池。

用于LED，finfet，2D NAND存儲器和鋰離子電池表面涂層的3D和3D低濃度摻雜劑。

分析類型

元素圖： 觀察材料/設備中單個化學物質的同質性/異質性和 2D 或 3D 位置是原子探針斷層掃描分析的一個重要方面。 通常 2D 地圖和 3D 電影用于此分析。

成分變化： APT提供了多種方法來分析成分，例如基于深度或濃度的線輪廓，曲線圖和等濃度曲面。

聚類分析： APT非常適合分析矩陣中元素的納米級(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分析任何形狀和大小的單個群集的群集大小和組成。 With a large number of clusters, further quantitative analysis can be carried out.對于大量的簇，可以進行進一步的定量分析。

摻雜物識別和組成： 識別3D中的摻雜劑位置，其化學成分和數量密度(直到?10 ppm或5E18原子/ cm3，最好的情況下)可以使用APT獲得。

相關研究： STEM，EBIC，EBSD，電子斷層掃描和SIMS都是常規用于輔助3D APT數據解釋的技術。

具體區域分析： 根據客戶要求，可以使用不同分析的組合來更好地了解特定區域。

原子探針斷層掃描 (APT) 的優勢

小體積摻雜物映射。

輕元素(例如Li和B)的檢測和映射。

識別同位素的能力。

所有元素的檢測概率均等(HU)。

納米級沉淀物的聚類分析。

高質量分辨率，可識別樣品中存在的各種元素。

APT 限制

大量的樣品制備時間(4-6小時)。

采樣量小。

由于某些材料在高電場中可能不穩定，因此數據采集的收率低。

需要針對每種材料類型和結構獲得優化的參數。

對于某些包含質譜重疊的不同元素的情況，定量準確性低。

由于軌跡像差，異質結或復雜幾何形狀可能會限制空間分辨率和合成精度。

APT技術規格

分析類型：3D

材料種類：金屬，半導體，氧化物，陶瓷。

檢測到元素：HU

檢測限：?10 ppm(?5E18原子/厘米3)

成像/映射：是

最大橫向分辨率：橫向0.5 nm和深度0.3 nm

分析區域：50 * 50納米2

分析深度：100-500納米

檢測離子類型：帶正電

同位素鑒定：是

總結

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