Attila L Tóth CSc senior research fellow

Attila L Tóth CSc senior research fellow

tothal @mfa.kfki.hu


Research Institute for Technical Physics of the Hungarian Academy of Sciences (MTA MFKI) Budapest (Ujpest)

tothal @mufi.hu

MTA MFKI


Research Institute for Technical Physics and Materials Science of the Hungarian Academy of Sciences (MTA MFA) Budapest (Csillebérc)

tothal @mfa.kfki.hu

MTA MFA


Institute of Technical Physics and Materials Science, Research Centre for Natural Sciences, Hungarian Academy of Sciences (MTA TTK MFA) Budapest (Lágymányos)

toth.attila.lajos @ttk.mta.hu

MTA TTK MFA

SCANNING

1x1 um

10x10 cm 100.000x

SCANNING

1x1 um

10x10 cm 100.000x

MICROSCOPE A SEM mint analitikai mérőrendszer

Minden analitikai mérőrendszer (AMR) egyszerű elemekből épül fel. A mérő egység ( ME, a „tulajdonképpeni” analizátor) a vizsgált mintáról analitikai jelet szolgáltat, amiből az értelmező egység (ÉE) számolja ki a analitikai információt

A mérő egységben a vizsgálandó mintát egy δ reagenssel hozzuk köcsönhatásba (gerjesztés), mely a minta χ anyagtulajdonságainak függvényében kelti az η analitikai jelet

A SEM mint analitikai mérőrendszer



Analitikai jel (ÜZEMMÓD)

Felbontás laterális

mélységi

====================================================================

Szekunder elektron (SE)

1-10 nm

1-10 nm

E: jó felbontás (=sugárátmérõ), topográfiai kontraszt H: komplex jelképzés (pl.BE hozzájárulás) ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Visszaszórt elektron (BE)

0.1-0.5 um

0.1-0.5 um

E: rendszámkontraszt H: gyengébb felbontás (< sugárátmérõ) ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Áram (EBIC)

50-500 nm

0.1-1 um

E: Rácshibák és p-n átmenetek megfigyelhetõk H: Felületi rekombináció hatása ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Fény (CL)

10nm-1 um

0.2-1 um

E: fluoreszcens fázisok szelektiv leképzése H: kis intenzitás, sugárzási károsoodás halványit ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Röntgen sugár (EDS)

0.1-0.5 um

0.1-0.5 um

E: szimultán detektálás,nagy tömegérzékenység H: rossz felbontás, nagy holtidõ

(WDS)

0.2-1 um

0.1-1 um

E:jó felbontás, nagy intenzitás H: elemenkénti detektálás, rigorozus fókuszálásAES ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Auger el. (AES, Eo=2-5 keV)

10-100 nm

0.2-2 nm

E: Felületi monorétegek elemösszetétele H: Ultratiszta felület és ultrannagy vákuum ====================================================================



mélységi

====================================================================

Szekunder elektron (SE)

1-10 nm

1-10 nm

E: jó felbontás (=sugárátmérõ), topográfiai kontraszt H: komplex jelképzés (pl.BE hozzájárulás) ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Szürkehályog operációkra használatos szikék élességének kvantitativ vizsgálata SEI ← Eo=25keV Eo=1,5keV ↓

SEI ↑ Eo=25keV BEI →

S2E-100s S2e-100c

Az élesség kvantitativ mérése

BEI-super TOPO üzemmód automatikus él-detektálással



mélységi

====================================================================

Áram (EBIC)

50-500 nm

0.1-1 um

E: Rácshibák és p-n átmenetek megfigyelhetõk H: Felületi rekombináció hatása ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

EBIC measurement techniques:

Beam induced currents and voltages (EBIC & EBIV) depending on the input impedance of measuring amplifier

Different (planar and X-sectional) EBIC sample preparation schemes of p/n junction (a,b) and Schottky (c.d) devices. The batteries should be used only in β conductivity measurement of insulators.

CC.mechanism Modulation 

BARRIER electron voltaic effect (built in field of a p/n junction or a Schottky barrier)

Properties studied 



EBIC



EBIC(x,y)



EBIC(Eo)





EBIC(t)





EBIC(V,x,y)



 







EBIC(T,x,y)

BULK



EBIC(t,T)



electron voltaic effect (internal field due to Fermi level variation)



EBIC(x,y,t,T)





EBIV(x,y)

β conductivity (external field)



SAMPLE CURRENT (absorbed electrons)



 



EBIV(x,y)



EBIC(x,y)





REBIC(x,y)





AEI(x,y)



 

electron/hole generation yield and energy diffusion length recombination velocity (electr. active) Xtal defects lifetime micro plasma effects recombination levels deep levels deep level distribution barrier height distribution of contaminants dopant distribution mobility (MOS) filed strength (MOS) local resistivity topography, mean Z

Recombination contrast of defects EBIC / SEI

Recombination activity of surface and volume defects as a function of temperature in InP LED

300 K

180 K

Recombination contrast of defects EBIC / SEI

Misfit network and threading dislocations in Si/Ge multilayer structure

FEG-SEM --- > ELECTRON ?

A LEO 1540XB cross beam ( Ga+ & e ) microscope and preparation system

[email protected]

Elektronoptikai lencsehibák

Nano-range: FEG-SEM • Gemini column:

– Schottky field emission gun – Beam booster – Special beam path -Short, shielded - Cross over free (Boersch eff.)

– Twin (Gemini) objective

- Electrostatic & electromagnetic - Low chromatic aberration even at low Eo

– In-lens SE detector

- sensitive for non-morphological SE contrast components , as work functions, surface potentials … - sensitive at short working distances (WD < 4 mm)

GEMINI FEG SEM basics

(courtesy LEO)

1500XB CrossBeam® with GEMINI column – low beam noise < 1 % – cross over free beam path , no significant Boersch effect, high depth of field – highly stable thermal FEG < 0.2 % /h variation – superb image resolution fhroughout the complete beam energy range, particularly down to 100 eV. – high resistance to ambient magnetic stray fields – constant conditions at sample surface eliminates ion-beam shift

RESULT:

nanoscope: excited volume in the nanometer range


(courtesy LEO)

Electron optics: „achromat” obj. Lens & InLens detector


(courtesy LEO)

Hol tartunk mi ? Szigeteló Al2O3 SEI képe 1.000.000x nagyításban

Részecske - optikai lencsehibák

Részecske - optikai lencsehibák

Ionoptikai lencsehibák

Ga ions : FIB

XB = FEG-SEM + FIB

FIB képalkotás: orientációs kontraszt

de … [email protected]

Maris !

A FIB maratott acél minta SEM-SEI képe (45o elektronbeesési szög)

TEM-preparált acél minta FIB-SEI képe (88o ionbeesési szög)

[email protected]

Mar is !

A FIB maratott acél minta SEM-SEI képe (45o elektronbeesési szög)

TEM-preparált acél minta FIB-SEI képe (88o ionbeesési szög)

[email protected]

Ionoptikai lencsehibák

He ions : µscope

He ion - forrás

He ion mikroszkóp oszlop

Felbontás (SEI):

Felbontás (SEI):

Kontrasztmechanizmusok:

… és nem utolsósorban a STAGE

Massachusetts Institute of Technology, Hewlett Packard, and the Swiss Federal Laboratories for Material Science and Technology (EMPA) chose Raith ELPHY MultiBeam: Enables multitechnique helium ion microscope-based nanopatterning research

Xe ions : FIB

Xe ion - forrás

Xe ions : FIB .

Xe ions : FIB

Köszönettel tartozom: - Németh-Horváth Helga FEI , Prof. X-ray and EO Kft. - Dénes Éva, ISD DUNAFERR - Dr Vezendy László Nagykanizsai Kórház - Peter Gnauck, Carl Zeiss SMT

és köszönettel tartozom Önöknek a megtisztelÖ figyelemért

Attila L Tóth CSc senior research fellow

Recommend Documents