Attila L Tóth CSc senior research fellow.

Attila L Tóth CSc senior research fellow tothal @mfa.kfki.hu

Attila L Tóth CSc senior research fellow Research Institute for Technical Physics of the Hungarian Academy of Sciences (MTA MFKI) Budapest (Ujpest) tothal @mufi.hu

MTA MFKI

Attila L Tóth CSc senior research fellow Research Institute for Technical Physics and Materials Science of the Hungarian Academy of Sciences (MTA MFA) Budapest (Csillebérc) tothal @mfa.kfki.hu

MTA MFA

Attila L Tóth CSc senior research fellow 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

A SEM mint analitikai mérőrendszer

A SEM mint analitikai mérőrendszer

Analitikai jel (ÜZEMMÓD) laterális Felbontás 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 ====================================================================

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) ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

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

Analitikai jel (ÜZEMMÓD) Felbontás laterális 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 Properties studied BARRIER electron voltaic effect (built in field of a p/n junction or a Schottky barrier) BULK electron voltaic effect (internal field due to Fermi level variation) β conductivity (external field) SAMPLE CURRENT (absorbed electrons) EBIC EBIC(x,y) EBIC(Eo) EBIC(t) EBIC(V,x,y) EBIC(T,x,y) EBIC(t,T) EBIC(x,y,t,T) EBIV(x,y) 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 tothal@mfa.kfki.hu

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 GEMINI FEG SEM basics (courtesy LEO)

Electron optics: achromat obj. Lens & InLens detector GEMINI FEG SEM basics (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 tothal@mfa.kfki.hu

Maris! A FIB maratott acél minta SEM-SEI képe (45 o elektronbeesési szög) TEM-preparált acél minta FIB-SEI képe (88 o ionbeesési szög) tothal@mfa.kfki.hu

Mar is! A FIB maratott acél minta SEM-SEI képe (45 o elektronbeesési szög) TEM-preparált acél minta FIB-SEI képe (88 o ionbeesési szög) tothal@mfa.kfki.hu

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