AES中的全元素深度剖析.PDF

�� An ALL-elements AES depth profile AES中的全元素深度剖析 简介 俄歇电子能谱（Auger electron spectroscopy ， 简称AES ）能测量的俄歇电子只能来自样品表面约 0.4-5nm 的最外层，因此被称为表面分析的仪器。 在实际应用中，人们还需要了解样品沿深度方向的 元素分布情况，也就说需要将表面的二维分析扩展 为三维深度剖析，如此仪器必须配备离子枪，对样 品表面进行剥离。因为俄歇能谱仪能够控制比较小 的分析面积，配上性能优越的离子枪，用溅射的方 式能取得深层的元素分布情况。AES 在材料分析中 的应用，往往在做深度剖析时，需要预先知道一些 样品的信息，及样品的膜层结构，同时也要知道每 一层所含有的元素和大概的膜层厚度，以便于深度 图1 不同深度的全元素图谱 分析时，设定分析条件。 但是，当样品信息未知的情况下，是否可以确定样品中所含元素，纵深方向上的分布信息呢？对AES 而言 1 AES ，完全没有问题，可以采用全元素深度分析。图 展示了 全元素深度分析的图谱例子，当中每一个全谱 之间都进行了离子溅射，再经过数据处理软件进行迭图。 基本 原理 AES 本身纵深方向的采样深度在0.4-5nm 之间，为 E-beam Ar+ 了获得样品表面以下更深的样品信息，就需要对样 e- 品进行逐层剥离，然后在采集每层表面上的成分信 息，如图2 原理所示。 实验时通常先用AES 分析原始表面，然后离子枪溅 射样品表面（事先设定溅射周期和溅射时间），然 后离子枪关闭再对样品进行分析，如此循环操作直 到所需要的深度。 全元素深度剖析和普通的深度分析一样，需要选择 合适的溅射条件对样品表面进行溅射剥离；不同的 是，分析过程中，不是采集某些特定的元素，而是 进行全图谱扫描，这样就可以得到溅射后样品中， 图2 溅射深度分析示意图 每一层所含的成分信息。离子束流密度通常不是均 匀的，类似于高斯界面。离子束流在样品表面的溅射坑的底部会不平，从而影响数据的深度分辨率。为了克 服此问题，通常让离子束扫描出一个比离子束直径大的面积。这样坑中心就会为较平整，从此区域内收集数 据最佳。应该避免采集区域靠近坑壁。由于AES 分析的电子束比刻蚀样品的离子束小很多，定义适合的分析 区比较简单。 通过俄歇深度剖析除了获得元素的分布情况外，还 可获得膜层厚度信息。由于溅射速度与材料的性质 有关，这种方法获得的厚度一般是一种相对厚度。 但实际应用中，大部分物质的溅射速度相差不大， 或者通过标样法，可以获得薄膜的厚度。对于厚度 较厚的薄膜可以通过横截面的线扫描测量获得。图 3 为100nm的SiO2标样，采用分析时所用的溅射条 件，测量SiO2 中O 1s 的深度分布曲线，测量溅射到 SiO2/Si t; 界面所用的时间 并假定溅射过程中，溅射 速率恒定，即可得知溅射速率为100nm/t 。 对于已知样品元素成分时，我们可以选择要分析的 元素对其做深度分析。但是，当样品信息未知的情 况下，怎么设定参数，获取纵深方向上的分布信息 呢？对PHI公司的AES 而言，完全没有问题，我们 可以采用全元素深度分析。再配合我们强大的数据 分析软件MultiPak ，很容易就能能够还原全元素随 , Retrospective 深度分布情况 也就是达到了所谓的 Analy