材料表面形貌和成分分析

1、材料表面形貌及成分測試目的:通過分析樣品的表面/或近表面來表征材料?；谀枰馁Y料，我們可以為您的項目選擇最佳的分析技術(shù)。我們的絕大部分的技術(shù)使用固體樣品，有時會用少的液體樣品來獲取固體表面的化學信息。在許多情況下材料表征和表面分析是很女?的選擇，絕大大部分屬于兩類：已知自己擁有什么樣的材料，但是想要更多關(guān)于具體性能的信息，比如界面銳度、剖面分布、形態(tài)、晶體結(jié)構(gòu)、厚度、應力以及質(zhì)量。您有對之不是完全了解的材料，想找出有關(guān)它的成份、沾污、殘留物、界面層、雜質(zhì)等。鏈接：一、光學顯微鏡(OM二、掃描電子顯微(SEM三、X射線能譜儀(EDS四、俄歇電子能譜(AES,Auger)五、X射線光電子能譜

2、/電子光譜化學分析儀(XPS/ESCA)六、二次離子質(zhì)譜(SIMS)七、傅里葉轉(zhuǎn)換紅外線光譜術(shù)(FTIR)八、X射線熒光分析(XRF)九、拉曼光譜(Raman)十、掃描探針顯微鏡/原子力顯微鏡(AFM)十一、激光共聚焦顯微鏡鏈接一：光學顯微鏡(OM技術(shù)原理光學顯微鏡的成像原理，是利用可見光照射在試片表面造成局部散射或反射來形成不同的對比，然而因為可見光的波長高達4000-7000埃，在分辨率(或謂鑒別率、解像能，系指兩點能被分辨的最近距離)的考慮上，自然是最差的。在一般的操作下，由于肉眼的鑒別率僅有0.2mm當光學顯微鏡的最佳分辨率只有0.2um時，理論上的最高放大倍率只有1000X,放大倍率

3、有限，但視野卻反而是各種成像系統(tǒng)中最大的，這說明了光學顯微鏡的觀察事實上仍能提供許多初步的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。儀器圖片：50-1000X100-500X/40-200X/5-75X50-1000X分析應用光學顯微鏡的放大倍率及分辨率，雖無法滿足許多材料表面觀察之需求，但仍廣泛應用于下列之各項應用，諸如：(1)組件橫截面結(jié)構(gòu)觀察；(2)平面式去層次(Delayer)結(jié)構(gòu)分析與觀察；(3)析出物空乏區(qū)(PrecipitateFreeZone)的觀察；(4)差扁平電纜與過蝕刻(Overetch)凹痕的觀察；(5)氧化迭差(OxidationEnhancedStackingFaults,OSF)的研究等。鏈接二

4、：掃描電子顯微（SEM掃描電子顯微鏡（SEM）光柵聚集電子束到樣品表面，提供樣品表面高辨析率以及長深度的圖像。SE媳業(yè)界最廣泛使用的分析工具之一，因為它可以提供非常詳細的圖像。耦合輔助以EDS這項技術(shù)還可以提供近整個元素周期表的元素鑒定服務。當光學顯微鏡不能提供必要的圖像分辨率時，使用SEM幫助了很多的客戶。應用包括失效分析、立體分析、工藝表征、反向工程、粒子鑒別.這種技能和寶貴經(jīng)驗，對我們客戶來說是無價的。此外，點名服務確保了測試結(jié)果及其蘊含意義的有效溝通。事實上，顧客往往會在分析場地，立即進行信息交流并在這個過程中建立良好的信任和信心。SEM的理想用途相關(guān)工業(yè)應用SEMAnalysis高辨

5、析率成像元素微觀分析及顆粒特征化描述 航天航空 汽車 生物醫(yī)學與生物技術(shù) 化合物半導體 數(shù)據(jù)存儲 國防 顯示器 電子 工業(yè)產(chǎn)品 照明 制藥 光子學 聚合物 半導體 太陽能光伏發(fā)電 電信SEM分析的優(yōu)勢SEM分析的局限性 快速、高辨析率成像 快速識別呈現(xiàn)元素 適合的景深 支持許多其他工具的多功能平臺 通常需要真空兼容 可能需要蝕刻來作對比 SEM可能會損壞樣品隨后的分析尺寸限制可能要求切割樣品最終的辨析率是樣品和制備品的強大功能鏈接三：X射線能譜儀（EDSX射線能譜儀（EDS）是一種能和包括掃描電子顯微鏡（SEM、透射電子顯微鏡（TEM和掃描透射電子顯微鏡（STEM在內(nèi)的幾種應用相結(jié)合的一種分析

6、能力EDS能提供直徑小至納米級別的區(qū)域的元素分析。電子束沖擊試樣表面產(chǎn)生代表特征元素的X射線。利用EDS您可以測定單個點的元素組成，也可以得到選區(qū)的橫向元素分布圖EDS分析的理想用途 小面積上的成像與元素組成 缺陷處元素的識別/繪圖 顆粒分析（300nnrj）相關(guān)工業(yè)應用EDSAnalysis 航空航天 汽車 生物醫(yī)學與生物技術(shù) 化合物半導體 數(shù)據(jù)存儲 國防 顯示器 電子 工業(yè)產(chǎn)品 照明 制藥 光電子 聚合物 半導體 太陽能光伏發(fā)電 電信EDS分析的優(yōu)勢ED陰析的局限性 快速分析 多功能，廉價，應用廣泛 部分樣品的定量（平坦、拋光過、均質(zhì)）對于不平坦、未拋光、不均質(zhì)樣品的半量化 樣品尺寸受限制

7、 樣品必須（對于有機材料不是很理想） 分析（和鍍層）可能損壞隨后的表面分析 低Z元素靈敏度限制Auger的理想使用 缺陷分析 顆粒分析 表面分析 小面積深度剖面 工藝控制 薄膜成分分析Auger分析的優(yōu)勢 小面積分析（30納米） 良好的表面靈敏度 良好的深度分辨率鏈接四：俄歇電子能譜（AES,Auger）俄歇電子能譜（AESAuger）是一種利用高能電子束為激發(fā)源的表面分析技術(shù).AES分析區(qū)域受激原子發(fā)射出具有元素特征的俄歇電子。AES電子束可以掃描一塊或大或小的表面.它也可以直接聚焦在小塊表面形貌上（半導體產(chǎn)業(yè)經(jīng)常要求這樣）。聚焦電子束斑到10nm或更小的直徑使得AES成為小表面形貌元素分析

8、的非常有用的工具。此外，它能夠在可調(diào)整的表面區(qū)域內(nèi)柵蔽電子束從而控制分析區(qū)域的尺寸。當用來與濺射離子源的結(jié)合時，AES能勝任大、小面積的深度剖面。當與聚焦離子束（F舊）一起使用時，它對于截面分析是很有用的。無論是通過分析亞微米顆粒來確定晶圓加工設備中的污染源或是分析失效原因的電子器件中的缺陷，還是使用Auger測量來確定"電拋光"醫(yī)療器械氧化層的厚度，我們會發(fā)掘自身的知識基礎來解決您的問題。相關(guān)工業(yè)應用AugerAnalysis 航空航天 生物醫(yī)學 數(shù)據(jù)存儲 國防 顯示器 電子 半導體 電信Auger分析的局限性 最佳量化標準 絕緣體難分析 樣品必須真空兼容 相對低的檢測靈

9、敏度（最好是0.1%）鏈接五：X射線光電子能譜/電子光譜化學分析儀（XPS/ESCA）X射線光電子能譜（XPS）,也稱為電子光譜化學分析儀（ESCA）,用來測量定量原子組成和化學成份。它是取樣范圍從表面到深度大約50-70?的分析技術(shù)?；蛘?XPS也可用通過量化材料本體級分子進行特征化薄膜濺射深度剖面。XPS是一種元素分析技術(shù)，提供獨特的被檢測元素的化學狀態(tài)信息，如，測量硫元素中硫酸鹽和硫化物的形式。這個過程是用單色X射線照射樣品而產(chǎn)生散射光電子，這些光電子釋放的能量是取樣范圍內(nèi)元素的特征。利用這項技術(shù)在不同領(lǐng)域的多種應用中幫助客戶研發(fā)以及發(fā)展工藝： 識別污點 描述清潔過程 分析粉末和碎片的組

10、成份 識別污染源 識別和量化表面變化前后聚合物的功能性檢測 測量硬盤上的潤滑劑厚度 為材料本體水平元素獲取薄膜（導電的和非導電的）深度剖面。 估算兩個樣品氧化層厚度的不同這些對產(chǎn)品化學成份的見解可以使您的產(chǎn)品、工藝更快地改進，減少周轉(zhuǎn)時間并節(jié)省金錢。XPS分析的理想用途相關(guān)工業(yè)應用XPS 航空航天 汽車業(yè) 數(shù)據(jù)存儲 照明 制藥 光電子 半導體 太陽能光伏發(fā)電 電信 有機材料、無機材料、污點、殘留物的表面分析 測量表面成分及化學狀態(tài)信息 薄膜成份的深度剖面 硅氧氮化物厚度和測量劑量 薄膜氧化物厚度測量（SiO2,A12O3等.）XPS分析的優(yōu)勢XPS分析的局限性 表面化學狀態(tài)識別 除H和He外，

11、所有元素的識別 定量分析，包括樣品間化學狀態(tài)的不同 適用于多種材料，包括絕緣樣品（紙，塑料、玻璃） 材料本體水平濃度的深度 氧化物厚度測量,檢測極限通常在0.01% 最小的分析面積是1011m 有限的具體有機物信息 超高真空（UHV環(huán)境下樣品兼容鏈接六：二次離子質(zhì)譜（SIMS）二次離子質(zhì)譜分析技術(shù)（SIMS）是用來檢測低濃度摻雜劑和雜質(zhì)的分析技術(shù)。它可以提供范圍在數(shù)埃至數(shù)十微米內(nèi)的元素深度分布。SIMS是通過一束初級離子來濺射樣品表面。二次離子在濺射過程中形成并被質(zhì)譜儀提取分析.這些二次離子的濃度范圍可以高達被分析物本體水平或低于ppm痕量級以下。SIMS可幫助客戶解決產(chǎn)品研發(fā)、質(zhì)量控制、失效

12、分析、故障排除和工藝監(jiān)測中的問題。我們確保您在整個過程中得到點名服務，這樣您可以理解測試結(jié)果及其所涉及的問題。SIMS分析的理想用途SIMS分析的相關(guān)產(chǎn)業(yè) 摻雜劑與雜質(zhì)的深度剖析 薄膜的成份及雜質(zhì)測定（金屬、電介質(zhì)、錯化硅、III-V族、II-V族） 超薄薄膜、淺植入的超高深度辨析率剖析 硅材料整體分析，包含B,C,O,以及N 工藝工具（離子植入）的高精度分析 半導體（主要） 航天航空 汽車 化合物半導體 數(shù)據(jù)存儲 國防 顯示器 電子 照明 光子學 太陽能光伏法發(fā)電 電信SIMS分析的優(yōu)勢SIMS分析的局限性 優(yōu)異的摻雜劑和雜質(zhì)檢測靈敏度?？梢詸z測到ppm或更低的濃度 深度剖析具有良好的檢測限

13、制和深度辨析率 小面積分析（10flm或更大） 檢測包含H在內(nèi)的元素及同位素 優(yōu)良的動態(tài)范圍（6ordersofmagnitude） 在某些應用中可能用來做化學計量/組成成份 破壞性 無化學鍵聯(lián)信息 只能分析元素 樣品必須是固態(tài)以及真空兼容 要分析的元素必需是已知的鏈接七：傅里葉轉(zhuǎn)換紅外線光譜術(shù)（FTIR）FTIR提供關(guān)于化學鍵和分子結(jié)構(gòu)的詳細信息，使它有益于有機材料和某些無機材料的分析。化學鍵以特有的頻率振動，當接觸到紅外線輻射時，它們以與振動模式相匹配的頻率吸收紅外線。作為頻率的函數(shù)測量輻射吸收得到用于識別官能團和化合物的光譜。主要使用FTIR幫助我們的客戶識別和分析材料以及污染物。例如，

14、我們與您一同測定是否器件中的元件被污染。如果是，我們可以用FTIR幫您識別污染物是什么，這樣您可以清除污染源。FTIR分析的理想用途 污染物分析中識別有機化合物的分子結(jié)構(gòu) 識別有機顆粒、粉末、薄膜及液體（材料識別） 量化硅中氧和氫以及氮化硅晶圓中的氫（Si-Hvs.N-H） 污染物分析（析取、除過氣的產(chǎn)品，殘余物）FTIR分析的相關(guān)產(chǎn)業(yè) 航天航空 汽車業(yè) 生物醫(yī)藥/生物技術(shù) 化合物半導體 數(shù)據(jù)存儲 國防 顯示器 電子 工業(yè)產(chǎn)品 照明 制藥 光電子 聚合物 半導體 太陽能光伏發(fā)電 通信FTIR分析的優(yōu)勢FTIR分析的局限性 能識別有機官能團，通常是具體的有機化合物 具有識別化合物的豐富光譜庫 周

15、圍環(huán)境（非真空，易揮發(fā)物質(zhì)） 典型的非破壞性 最小分析面積15micron 有限的表面靈敏度（一般取樣量0.8Wm） 最小分析面積15micron 有限的無機物信息 一般非定量（需要標準）鏈接八：X射線熒光分析(XRF)X射線熒光分析(XRF)是一種用于量化固態(tài)和液態(tài)樣品的元素組成的非破壞性的技術(shù)。X射線被用于激發(fā)樣品上的原子，使之放射出帶有存在的每種元素能量特征的X射線。然后測量這些X射線的能量及強度。XRF能夠探測濃度范圍從PPMBij100%的Na-U元素。通過使用適當?shù)膮⒖紭藴?XRF可以準確的量化固態(tài)和液態(tài)樣品的元素組成。通過使用適當?shù)膮⒖紭藴剩琗RF可以準確的量化固態(tài)和液態(tài)樣品的元

16、素組成。XRF分析的理想應用 測量達到幾個微米的金屬薄膜的厚度。 高精度和準確性的全晶圓成份像(達300mm的晶圓) 未知固相、液相和粉體中的兀素識別 金屬合金的鑒定XRF分析的相關(guān)產(chǎn)品 航空航天 汽車業(yè) 數(shù)據(jù)存儲 國防 電子 工業(yè)產(chǎn)品 照明 聚合物 半導體XRF分析的優(yōu)勢 非破壞性o全晶圓分析(200和300nm及晶圓片和小試樣o全晶圓成份像 無試樣制備要求 能分析小至30科時勺區(qū)域 能分析液體和固體 試樣深度大至10mXRF分析的局限性不能探測比Na輕的元素對高精度需求參考標準類似于測試試樣無剖面成像能力鏈接九：拉曼光譜（Raman）拉曼光譜（Raman光譜類似于傅立葉紅外光譜（FTIR）

17、,能夠使您通過測量分子震動來確定樣本的化學結(jié)構(gòu)和識別存在的化合物。然而，使用拉曼可以得到更佳的空間分辨率而且可以進行較小樣品分析。Raman定性分析有機和無機混合材料的優(yōu)良技術(shù)，也可以應用于半定量和定量分析中。它常常用于， 識別總體和個體顆粒中的有機分子、聚合物、生物分子以及無機化合物 Raman像和深度剖析是用來繪制混合物成分分布情況，諸如，賦形劑中的藥物、片劑及藥物洗脫支架涂層。 特別適合識別以不同形式出現(xiàn)的碳元素（金剛石、石墨、無定形碳、類金剛石、碳納米管等）及其相對比例。 識別無機氧化物及其化學價狀態(tài)Ramana有一種獨特能力就是很好地測量半導體和其他材料的張力及晶體結(jié)構(gòu)Ramanl艮

18、務來分析小面積污染、識別小面積上的材料并測量張力。所得數(shù)據(jù)幫助我們的客戶快速解決問題、減少周期時間、改進生產(chǎn)過程。我們相信，拉曼分析的理想用途 為污染物分析、材料分類以及張力力測量而識別有機和無機化合物的分子結(jié)構(gòu) 拉曼，碳層特征（石墨、金剛石） 非共價鍵聯(lián)壓焊（復合體、金屬鍵聯(lián)） 定位（隨機V.有組織的結(jié)構(gòu)）1Ramark析優(yōu)勢 可以識別有機官能團體和常用的具體有機化合物 化合物識別光譜庫 周圍環(huán)境（非真空；有益于半揮發(fā)性化合物） 典型非破壞性 最小分析面積1微米拉曼分析的相關(guān)產(chǎn)業(yè) 航空航天 汽車 生物醫(yī)學 數(shù)據(jù)存儲 照明 制藥 光電子學 半導體 太陽能光伏發(fā)電 電信Ramanb析的局限性 有

19、限表面靈敏性（典型樣品體積0.8mm） 最小分析面積1科m 有限的無機物信息 典型的非定量（需要標準） 文光（比Ramanfe號強烈的多）限制Raman的有效性鏈接十：掃描探針顯微鏡/原子力顯微鏡（AFM）掃描探針顯微鏡，俗稱原子力顯微鏡（AFM）,提供原子或接近原子分辨率的表面圖形，是測定埃尺度表面粗糙樣本的理想技術(shù)。除顯示表面圖像，AFM還可以提供的特征尺寸定量測量、例如步進高度測量、其他樣本特性，如為確定載體和摻雜劑的分布和測量電容。在多種應用中使用這項技術(shù)幫助不同產(chǎn)業(yè)的客戶，例如， 加工前后晶圓上（二氧化硅、神化錢、錯化硅等）評估 測定接觸鏡片、導管、支架和其他生物醫(yī)藥表面的加工效果（如等離子處理） 測定表面粗糙度對粘合和其他工藝的影響 測定有圖案晶圓的溝壁形狀/潔凈度 測定形態(tài)/結(jié)構(gòu)是否為表面幾何形狀的來源無論是進行SPMAFM分析，這種分析經(jīng)驗是非常寶貴的，我們的科學家已見過多種樣品并且熟悉技術(shù)特性。這使我們可以考慮分析過程中的潛在假象（如針頭回旋）。在必要時，我們可以同時使用多個針頭來獲得多個圖象，以確保呈現(xiàn)準確的樣本形態(tài)。SPM&AFM分析的理想用途 二維表囿結(jié)構(gòu)圖像，包含表囿粗糙度、微粒尺寸、步進高度、傾斜度 其他樣品特點的成像，包括磁場、電容、摩擦、