Energia-diszperzív röntgen elemanalízis és Fókuszált ionsugaras megmunkálás FEI Quanta 3D SEM/FIB



Hasonló dokumentumok
Energia-diszperzív röntgen elemanalízis

Fókuszált ionsugaras megmunkálás

Fókuszált ionsugaras megmunkálás

Fókuszált ionsugaras megmunkálás

ELTE Fizikai Intézet. FEI Quanta 3D FEG kétsugaras pásztázó elektronmikroszkóp

FEI Quanta 3D. Nanoszerkezetek vizsgálatára alkalmas kétsugaras pásztázó elektronmikroszkóp az ELTE TTK-n

A nanotechnológia mikroszkópja

Havancsák Károly Nagyfelbontású kétsugaras pásztázó elektronmikroszkóp az ELTÉ-n: lehetőségek, eddigi eredmények

Havancsák Károly Az ELTE TTK kétsugaras pásztázó elektronmikroszkópja. Archeometriai műhely ELTE TTK 2013.

Nagyműszeres vegyész laboratórium programja. 8:15-8:25 Rövid vizuális ismerkedés a SEM laborral. (Havancsák Károly)

EDX EBSD. Elméleti háttér Spektrumok alakja Gyakorlati alkalmazása

Quanta 3D SEM/FIB Kétsugaras pásztázó elektronmikroszkóp. Havancsák Károly

Nagyműszeres vegyész laboratórium programja. 9:15-9:25 Rövid vizuális ismerkedés a SEM laborral. (Havancsák Károly)

Röntgen-gamma spektrometria

Dankházi Z., Kalácska Sz., Baris A., Varga G., Ratter K., Radi Zs.*, Havancsák K.

Röntgensugárzás az orvostudományban. Röntgen kép és Komputer tomográf (CT)

Pásztázó elektronmikroszkóp. Alapelv. Szinkron pásztázás

A nanotechnológia mikroszkópjai. Havancsák Károly, január

Milyen simaságú legyen a minta felülete jó minőségű EBSD mérésekhez

FEI Quanta 3D SEM/FIB. Havancsák Károly december

Modern fizika laboratórium

Elektronmikroszkópia. Nagy Péter Debreceni Egyetem, Biofizikai és Sejtbiológiai Intézet 1/47

Radioaktív sugárzások tulajdonságai és kölcsönhatásuk az elnyelő közeggel. A radioaktív sugárzások detektálása.

Mikroszerkezeti vizsgálatok

Képalkotás a pásztázó elektronmikroszkóppal

Török Zsófia, Huszánk Róbert, Csedreki László, Kertész Zsófia és Dani János. Fizikus Doktoranduszok Konferenciája Balatonfenyves,

Az Amptek XRF. Exp-1. Experimeter s Kit. Biztonsági útmutatója

6-7. PÁSZTÁZÓ ELEKTRONMIKROSZKÓPIA MEGBÍZHATÓSÁGI HIBAANALITIKA VIETM154 HARSÁNYI GÁBOR, BALOGH BÁLINT

MIKRO- ÉS NANOTECHNIKA II

A TÖMEGSPEKTROMETRIA ALAPJAI

Gamma-röntgen spektrométer és eljárás kifejlesztése anyagok elemi összetétele és izotópszelektív radioaktivitása egyidejű elemzésére

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal

EBSD-alkalmazások. Minta-elôkészítés, felületkezelés

PÁSZTÁZÓ ELEKTRONMIKROSZKÓPIA

Gamma-röntgen spektrométer és eljárás kifejlesztése anyagok elemi összetétele és izotópszelektív radioaktivitása egyidejű elemzésére

Mézerek és lézerek. Berta Miklós SZE, Fizika és Kémia Tsz november 19.

Nehéz töltött részecskék (pl. α-sugárzás) kölcsönhatása

NAGYFELBONTÁSÚ PÁSZTÁZÓ ELEKTRONMIKROSZKÓP AZ EÖTVÖS EGYETEMEN

Röntgensugárzás. Röntgensugárzás

A szubmikronos anyagtudomány néhány eszköze. Havancsák Károly ELTE TTK Központi Kutató és Műszer Centrum július.

Lakos István WESSLING Hungary Kft. Zavaró hatások kezelése a fémanalitikában

Finomszemcsés anyagok mikroszerkezetének vizsgálata kétsugaras pásztázó elektronmikroszkóppal

Typotex Kiadó. Tartalomjegyzék

Modern Fizika Labor Fizika BSC

-A homogén detektorok közül a gyakorlatban a Si és a Ge egykristályból készültek a legelterjedtebbek.

Textíliák felületmódosítása és funkcionalizálása nem-egyensúlyi plazmákkal

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Részecske azonosítás kísérleti módszerei

Abszorpció, emlékeztetõ

OPTIKA. Fénykibocsátás mechanizmusa fényforrás típusok. Dr. Seres István

Kristályorientáció-térképezés (SEM-EBSD) opakásványok és fluidzárványaik infravörös mikroszkópos vizsgálatához

Név... intenzitás abszorbancia moláris extinkciós. A Wien-féle eltolódási törvény szerint az abszolút fekete test maximális emisszióképességéhez

FÉLVEZETŐ ESZKÖZÖK I. Elektrotechnika 4. előadás

Programozható vezérlő rendszerek. Elektromágneses kompatibilitás II.

Ábrajegyzék. Táblajegyzék

Pásztázó elektronmikroszkópia (SEM) Elektronsugaras mikroanalízis (EPMA)

Sugárterápia. Ionizáló sugárzások elnyelődésének következményei. Konzultáció: minden hétfőn 15 órakor. 1. Fizikai történések

Sugárterápia. Ionizáló sugárzások elnyelődésének következményei

PÁSZTÁZÓ ELEKTRONMIKROSZKÓPIA

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Diffúzió. Diffúzió. Diffúzió. Különféle anyagi részecskék anyagon belüli helyváltoztatása Az anyag lehet gáznemű, folyékony vagy szilárd

Detektorok. Siklér Ferenc MTA KFKI Részecske- és Magfizikai Kutatóintézet Budapest

Pásztázó elektronmikroszkóp (SEM scanning electronmicroscope)

Röntgensugárzás 9/21/2014. Röntgen sugárzás keltése: Röntgen katódsugárcső. Röntgensugárzás keletkezése Tulajdonságok Anyaggal való kölcsönhatás

Fizika 2 (Modern fizika szemlélete) feladatsor


Elektronsugaras mikroanalízis restaurátoroknak. I. rész: pásztázó elektronmikroszkópia

Elektromos áram. Vezetési jelenségek

A gamma-sugárzás kölcsönhatásai

AZ ELTE TTK KÉTSUGARAS PÁSZTÁZÓ ELEKTRONMIKROSZKÓPJA

Radioaktív sugárzások tulajdonságai és kölcsönhatásuk az elnyelő közeggel. A radioaktív sugárzások detektálása.

Diffúzió 2003 március 28

Sugárzás és anyag kölcsönhatásán alapuló módszerek

ATOMEMISSZIÓS SPEKTROSZKÓPIA

Munkagázok hatása a hegesztési technológiára és a hegesztési kötésre a CO 2 és a szilárdtest lézersugaras hegesztéseknél

Abszorpciós spektrometria összefoglaló

NAGY ENERGIA SŰRŰSÉGŰ HEGESZTÉSI ELJÁRÁSOK

Az időtől független Schrödinger-egyenlet (energia sajátértékegyenlet), A Laplace operátor derékszögű koordinátarendszerben

Műszeres analitika. Abrankó László. Molekulaspektroszkópia. Kémiai élelmiszervizsgálati módszerek csoportosítása

Felületmódosító technológiák

Elektrosztatikai alapismeretek

Gamma-spektrometria HPGe detektorral

ELEKTROSZTATIKA. Ma igazán feltöltődhettek!

Anyagvizsgálati módszerek Elemanalitika. Anyagvizsgálati módszerek

4. Szervetlen anyagok atomemissziós színképének meghatározása

Az ipari komputer tomográfia vizsgálati lehetőségei

Abszorpciós fotometria

A kémiai kötés magasabb szinten

Az elektromágneses hullámok

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei

Felületvizsgáló és képalkotó módszerek

Távérzékelés, a jöv ígéretes eszköze

Tematika FELÜLETVIZSGÁLATI MÓDSZEREK. Dobos Gábor

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

Az expanziós ködkamra

Analitikai szenzorok második rész

Elektromos ellenállás, az áram hatásai, teljesítmény

beugro

Anyagismeret 2016/17. Diffúzió. Dr. Mészáros István Diffúzió

Átírás:

Energia-diszperzív röntgen elemanalízis és Fókuszált ionsugaras megmunkálás FEI Quanta 3D SEM/FIB Dankházi Zoltán 2015. március 1

Energia-diszperzív Fókuszált ionsugaras röntgen megmunkálás elemanalízis EDS = Energy Dispersive Spectroscopy Hol található a SEM/FIB berendezésen? elektron oszlop EDS detektor 2

Energia-diszperzív Fókuszált ionsugaras röntgen megmunkálás elemanalízis Hogyan működik? elektron besugárzás egyik termék foton lumineszcencia jelenség részben a röntgen tartományba esik atomfajtánként eltérő energia fotonszámlálás energia-érzékeny detektor: SDD sokcsatornás analizátor 3

Energia-diszperzív Fókuszált ionsugaras röntgen megmunkálás elemanalízis A röntgen spektroszkópia - alapjelenség Belső héjak (core electrons) gerjesztése. A gerjesztéshez általában több száz ev - kev nagyságrendű energia szükséges. (Az energia pl. Cu K héja esetében ~ 9 kev. ) Jelölések: n = 1, 2, 3,... főkvantumszám helyett a K, L, M,... l = 1, 2,...n-1 mellékkvantumszám (pálya impulzus momentum) s, p, d, f Az elektron energiája kismértékben függ még a spin impulzus momentumtól (s) is. A teljes impulzus momentumot jellemző érték: j = 1/2, 3/2,... Kiválasztási szabály l-re és j-re: Δl 1; Δj 0, 1 Gerjesztés: min. ~1,6 x E 0 elektron lökődik ki visszarendeződés energiakülönbség -> foton 4

Energia-diszperzív Fókuszált ionsugaras röntgen megmunkálás elemanalízis A röntgen spektroszkópia - alapjelenség Ha a K héjon keletkezett elektron vakancia az L héjról töltődik be: K α vonal. (Cu K α E ~ 8 kev). Ha a K héjon keletkezett elektron vakancia az M héjról töltődik be: K β vonal. (Cu K β E ~ 8,9 kev). Ezután a L héjon keletkezik vakancia, amely magasabb héjról töltődik be, stb. Így keletkezik az egy atomra jellemző spektrum, amely alkalmas ennek azonosítására. Az atom K vonalainak keletkezése (Ha az elektron vakancia betöltődés során keletkező energia foton formájában nem távozik az atomból, hanem átadódik egy külső héjon lévő elektronnak, akkor ez az elektron kilökődik, ez az Auger-elektron. A KL 1 L 23 és MNN átmenetek gyakoriak.) Az atom L vonalainak keletkezése 5

Energia-diszperzív Fókuszált ionsugaras röntgen megmunkálás elemanalízis A röntgen spektroszkópia - detektálás Szilícium drift detektor (Silicon Drift Detector, SDD) Alapanyaga: nagytisztaságú Si egykristály n típusú félvezetőnek szennyezve. Már NINCS Li szennyezés! Egyik felületén folyamatos, másikon gyűrűkben p típusú réteg > formált potenciáltér Elnyelődő fotonok elektronlyuk párokat keltenek Befelé vándorló elektronok a középen kialakított FET-be jutnak. Kisméretű anód > gyors (800 000 cps) alacsony holtidő gyors elemzés

Energia-diszperzív Fókuszált ionsugaras röntgen megmunkálás elemanalízis SDD röntgendetektor (folytatás) szobahőmérsékleten tárolható szobahőmérséklet közelében üzemeltethető zajcsökkentés végett Peltier-elemes hűtés nagy felület, nagy térszög mérsékelt nyalábintenzitásnál: a képalkotó nyalábbal már lehet elemezni csekély az e-nyaláb terhelő, károsító hatása intenzív elektronnyaláb: gyors, pontos elemzés, anyagtérkép ΔE/E = 130 ev / 5899 ev (Mn K α ) 2,2% Ametek EDAX Apollo X 7

Energia-diszperzív Fókuszált ionsugaras röntgen megmunkálás elemanalízis FELBONTÁS vizsgálati mélység laterális felbontás Anderson Hasler R X-Ray = 0,064*(E 0 1,68 -E c 1,68 )/ρ [μm] [kev] [g/cm 3 ] Cu atomok Al céltárgyban Al atomok Cu céltárgyban 8

Energia-diszperzív Fókuszált ionsugaras röntgen megmunkálás elemanalízis A röntgen spektroszkópia - adatfeldolgozás a keltett röntgen-fotonok energiájának mérése: SDD (spektrumvonal helye) számlálás (spektrumvonal magassága) spektrumanalizátor program adattárolás és adatfeldolgozás a fotonszám a gerjesztett atomok koncentrációjával egyenesen arányos (jó közelítés) az eredményt számítógép képernyőjén jeleníthetünk meg 9

beütésszám Fókuszált ionsugaras megmunkálás példa spektrum gyűjtés elem azonosítás fotonenergia [kev]

Energia-diszperzív Fókuszált ionsugaras röntgen megmunkálás elemanalízis elemtérkép

Energia-diszperzív Fókuszált ionsugaras röntgen megmunkálás elemanalízis korlátok, artefaktumok közeli a reális detektorokban átfedő csúcsok szakirodalmi példa: PtAuNb ötvözet 2,05... 2,25 kev "szellem" csúcsok energia-összegeknél oka: egymásra ülő impulzusok elkerülése (csökkentése): számlálási holtidő, szoftveres felismerés inhomogén minták, árnyékba kerülő területek durva, üreges felület, porózus anyag téves csúcs azonosítás ha kritika nélkül támaszkodunk a beépített szoftverre kihagyott elemek a berilliumtól tudunk mérni 12

Energia-diszperzív Fókuszált ionsugaras röntgen megmunkálás elemanalízis Alkalmazási területek Ipar - fémek és fémötvözetek - kerámia - üveg Néhány μm... néhány mm-es szemcsék egyedi összetétele kutatás+fejlesztés, minőségellenőrzés, hibaelemzés újabban hibajavítás Félvezetőgyártás és -fejlesztés szakirodalma van 13

Energia-diszperzív Fókuszált ionsugaras röntgen megmunkálás elemanalízis KÉTSUGARAS SPECIALITÁSOK 1 2 mélységi EDS térkép ionsugár gerjesztés: mellékhatás: ionporlasztás (nem roncsolásmentes) 14

Energia-diszperzív Fókuszált ionsugaras röntgen megmunkálás elemanalízis ÖSSZEFOGLALÁS 5 kev... 30 kev-es elektronok által gerjesztett atomok elektronszerkezetének helyreállásakor keletkező röntgen fotonokat mérünk a mély nívók érzéketlenek a kémiai kötésre és a tömbi anyag térszerkezetére alkalmas az atomi összetétel minőségi és mennyiségi elemzésére behatolás célterülete: átmérő ~1 nm gerjesztett mélység és "szélesség" 0,2... 1 μm ez egyben a laterális felbontás mérés a berilliumtól az uránig az SDD detektor a mai csúcstechnika percek alatt nyers eredményt ad, sorozatmérésekre alkalmas az energiaspektrum egyszerűen értelmezhető sztenderdek nélkül is viszonylag pontos összetétel-eredmény ~ 2% a minta károsodása minimális kimutathatóság: a besugárzástól függő, a mindennapi gyakorlatban 0.01% = 100 ppm röntgenvonal átfedések miatt egyes anyagpárok esetében kedvezőtlenebb %-on belüli reprodukálhatóság 15

FIB = Focused Ion Beam (Fókuszált ionnyaláb) Miből áll egy SEM/FIB berendezés? elektron oszlop ion oszlop gáz injektorok detektor CDEM (SE, SI) 16

Dual-Beam System Kétsugaras mikroszkóp 19 mm 10 mm Elektron nyaláb függőlegesen ionnyaláb 52 o -ot zár be a függőlegessel Hogy a FIB merőlegesen lássa a mintát, dönteni kell azt 52 o -kal Két nyaláb koincidenciája 17

LMIS = Liquid Metal Ion Source (Folyékony fémion forrás) Leggyakrabban használt fém ion FIB készülékekben: Ga + Miért Ga +? Alacsony olvadáspont (T olv = 29,8 o C) Minimális kölcsönhatás a volfrám tűvel Nem illékony, alacsony gőznyomás Kicsi felületi feszültség Kellően viszkózus Könnyen túlhűthető (a Ga hetekig folyékony marad) 18

LMIS = Liquid Metal Ion Source (Folyékony fémion forrás) Hogyan működik? Ga folyadék megnedvesíti a W tűt tű átmérője: 2-5 μm 10 8 V/cm mező pontforrássá formázza a Ga-ot 2-5 nm átmérővel Kihúzófeszültség ionizálja az atomokat és elindítja a Ga áramot (10 8 A/cm 2 ) Alacsony emisszió: 1-3 μa kisebb energia-szórás, stabilabb nyaláb Fűtő tekercsek W tű Ga tartály Kihúzó feszültség elektródái A nyalábban: ionok, semleges atomok, töltött fürtök (minél nagyobb áram, annál több) A Ga fogy! Ha már nem tartható fenn a nyaláb újra kell melegíteni, növelni a kihúzó- feszültséget vagy cserélni a Ga tartályt; átlagos élettartam: 400 óra 19

Ion oszop LIMS Kondenzor lencse Toronyban a gyorsító feszültség: 2-30 kv Két lencse általában: kondenzor és objektív Kondenzor lencse formázza a nyalábot Objektív lencse fókuszálja a nyalábot a mintára Az ionáram apertúrákkal állítható 1.5 pa-től 65 na-ig Objektív lencse Munkatávolság nagy: 19 mm (elektron nyaláb esetében 10 mm) Ion oszlop 20

Ion nyaláb anyag kölcsönhatása (ion-atom ütközés) vákuum minta primer ion szekunder elektronok szekunder ion továbbá töltött vagy semleges porlasztott részecskék, fürtök, röntgen fotonok. Mélység: 10-20 nm (30 kev) Porlasztás ionnyalábbal implantált ion Kellően nagy áramú ion nyalábbal a minta anyaga hatékonyan eltávolítható. 21

Mit lehet az ionnyalábbal tenni? Képalkotás - CDEM - Continuous Dynode Electron Multiplier (Folytonos dinódájú elektron sokszorozó) SE, SI (secondary electron, ion) - ETD (Everhart-Thornley Detector ) Gázkémia Keresztmetszeti minták készítése TEM minta készítés Tomográfia (3D megjelenítés) Maratás bitmap maszkkal 22

CVD Chemical Vapour Deposition (Gázkémia) Különböző anyagokat (szén, szigetelő vegyület, platina) választhatunk le a minta felületére nanométeres mérettartományban. Prekurzor molekulák Ion nyaláb Illékony termékek Miért jó? Nanolitográfia Védi a mintát az ionnyalábbal történő megmunkálás során (pontosabb vonalak) Hogy működik? A tű megközelíti a mintát (50-200 μm) Prekurzor gázt juttat a felületre Az ion nyaláb pásztázza a felületet, hatására a prekurzor elbomlik illékony molekulákra és a felületére szánt anyagra A leválasztott anyag a felületen marad Minta Párologtatott réteg 23

Keresztmetszet készítése Ion oszop Elektron oszop Asztal 52 -kal döntve Keresztmetszet 24

Felületre párologtatott platina réteg

Keresztmetszet készítése

Keresztmetszet készítése

Keresztmetszet készítése

Keresztmetszet készítése

Keresztmetszet készítése

Érintő bemetszés EBSD vizsgálathoz

Mikropillar (Cu) készítés

Fókuszált ionsugaras megmunkálás Minta készítése TEM vizsgálathoz

Tomográfia (Slice And View)

Maratás szürkeárnyalatos bitmap maszkkal (Si)

Köszönöm a figyelmet! 36