如何檢測(cè)掃描電鏡SEM樣品中的次表面結(jié)構(gòu)?
日期:2024-10-15
在掃描電子顯微鏡(SEM)中,通常只能看到樣品的表面結(jié)構(gòu),因?yàn)镾EM主要依賴表面電子的相互作用來產(chǎn)生圖像。然而,通過某些方法,可以間接檢測(cè)或推測(cè)樣品的次表面結(jié)構(gòu)。以下是幾種常見的技術(shù)和方法:
1. 背散射電子成像 (BSE)
背散射電子 (Backscattered Electrons, BSE) 是入射電子與樣品原子核發(fā)生彈性散射后反射出來的高能電子。由于背散射電子的穿透深度比二次電子(SE)更大,它可以提供一定的次表面信息。尤其對(duì)于不同原子序數(shù)的材料,背散射電子成像對(duì)次表面層的原子序數(shù)差異非常敏感。因此,可以使用BSE成像來觀察材料內(nèi)部的成分變化和次表面結(jié)構(gòu)的分布。
應(yīng)用場(chǎng)景:
多層材料中的不同成分分布。
相對(duì)較深(幾百納米以內(nèi))次表面層的結(jié)構(gòu)變化。
2. X射線能譜 (EDS)
雖然X射線能譜 (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, EDS) 主要用于化學(xué)成分分析,但X射線的激發(fā)深度通常大于二次電子。因此,EDS探測(cè)到的信號(hào)不僅來自表面,還能提供來自樣品一定深度的信息。通過分析不同元素在樣品中的分布,可以推斷出次表面的元素層和結(jié)構(gòu)變化。
應(yīng)用場(chǎng)景:
材料中不同層的化學(xué)組成。
多層復(fù)合材料中次表面層的化學(xué)分布。
3. 電子束誘導(dǎo)電流 (EBIC)
電子束誘導(dǎo)電流 (Electron Beam Induced Current, EBIC) 技術(shù)適用于半導(dǎo)體材料的次表面結(jié)構(gòu)探測(cè)。當(dāng)電子束照射半導(dǎo)體樣品時(shí),它會(huì)激發(fā)樣品中的電子-空穴對(duì),形成電流信號(hào)。通過EBIC,可以檢測(cè)次表面區(qū)域中的晶界、缺陷和局部導(dǎo)電性變化。這種方法適用于研究半導(dǎo)體材料和器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
應(yīng)用場(chǎng)景:
半導(dǎo)體器件的結(jié)區(qū)結(jié)構(gòu)、缺陷和雜質(zhì)分布。
次表面電學(xué)特性變化。
4. 電子束損傷(電子穿透)
對(duì)于較薄的樣品,高能電子束可以穿透表面到達(dá)次表面并引發(fā)次表面的結(jié)構(gòu)變化。如果使用高能量的電子束,表面層可能會(huì)受損,導(dǎo)致暴露出次表面結(jié)構(gòu)。這種方法不適合所有樣品,但對(duì)于薄膜材料和某些微觀結(jié)構(gòu),可以用來研究次表面層。
應(yīng)用場(chǎng)景:
薄膜材料中的次表面結(jié)構(gòu)。
通過電子束誘導(dǎo)破損來揭示層狀結(jié)構(gòu)。
5. 離子束輔助橫截面分析 (FIB/SEM)
使用聚焦離子束 (Focused Ion Beam, FIB) 技術(shù)可以精確地剝離樣品的表層,暴露次表面結(jié)構(gòu)。FIB-SEM結(jié)合技術(shù)可以在精確切割樣品的同時(shí),使用SEM觀察每個(gè)切片,從而逐層分析樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這種方法被廣泛應(yīng)用于樣品的橫截面分析和次表面結(jié)構(gòu)的三維重建。
應(yīng)用場(chǎng)景:
多層膜、薄膜結(jié)構(gòu)的次表面觀測(cè)。
三維結(jié)構(gòu)的重構(gòu)與分析。
6. 透射電子顯微鏡 (TEM)
雖然不是SEM的一部分,但透射電子顯微鏡 (Transmission Electron Microscopy, TEM) 是研究次表面結(jié)構(gòu)直接的工具。TEM通過高能電子束穿透薄樣品,可以提供納米級(jí)的次表面分辨率圖像。利用FIB切割制備超薄樣品后,結(jié)合TEM進(jìn)行次表面分析,是觀察納米級(jí)次表面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)大工具。
應(yīng)用場(chǎng)景:
納米結(jié)構(gòu)材料的次表面分析。
原子級(jí)分辨率的晶體結(jié)構(gòu)和缺陷分析。
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作者:澤攸科技