Angle Resolved XPS

Aplikace | 2008 | Thermo Fisher ScientificInstrumentace
X-ray
Zaměření
Materiálová analýza
Výrobce
Thermo Fisher Scientific

Význam tématu


Analýza ultra-tenkých povrchových vrstev do hloubky několika nanometrů je klíčová pro moderní materiálové inženýrství a mikroelektroniku. Použití úhlově rozlišené rentgenové fotoelektronové spektroskopie (ARXPS) umožňuje bezdestruktivně sledovat chemické složení i tloušťku vrstev. Díky vysoké povrchové specifičnosti lze detekovat sub-surface chemické stavy a kontaminaci, které by jinak byly při běžném sondování odstraněny sputterováním.

Cíle a přehled studie / článku


Note popisuje:
  • Matematické základy ARXPS založené na Beer-Lambertově zákoně.
  • Modely pro výpočet tloušťky jednovrstvých i vícevrstvých systémů.
  • Vliv elastického rozptylu a úhlové asymetrie na měření.
  • Metody tvorby relativních hloubkových profilů a rekonstrukce prostorového rozložení složek.

Použitá instrumentace


Pro experimenty ARXPS byly využity přístroje Thermo Scientific Theta Probe a Theta 300 s úhlem sběru fotografických elektronů až 60° bez nutnosti naklápění vzorku. Pro srovnání byly zmíněny i konvenční XPS systémy, jako ESCALAB 250. Pro zpracování dat sloužil software Avantage se zabudovanými databázemi útlumových délek a nástroji pro výpočet vícevrstvých modelů.

Hlavní výsledky a diskuse


  • Formulace obecného vztahu I/I0 = exp(–d/λ cos θ) pro intenzitu fotoelektronového signálu.
  • Určení poměru R∞ pro systémy SiO2/Si, výpočet a experimentální ověření tloušťky oxidových vrstev s přesností na jednotky nanometrů.
  • Srovnání dat ARXPS s elipsometrií pro tenké vrstvy SiO2 na Si ukázalo lineární závislost s interceptem daným kontaminační vrstvou AMC.
  • Ukázka analýzy tenké oxidační vrstvy GaAs pomocí konvenčního a paralelního ARXPS, prokázána vyšší citlivost na povrch i substrát v závislosti na sběrném úhlu.
  • Vývoj vícevrstvového kalkulátoru pro ARXPS umožnil simultánní kvantitativní určení až tří vrstev (např. Al2O3 na SiO2 na Si).
  • Metoda maximální entropie a genetické algoritmy přinesly možnost nelineární rekonstrukce hloubkových profilů bez nadměrného přizpůsobení šumu.

Přínosy a praktické využití metody


ARXPS představuje neinvazivní přístup k analýze tenkých vrstev a rozhraní, zachovává chemické stavy materiálů a umožňuje přesné stanovení tloušťky, složení i kontaminace. Díky paralelní akvizici úhlově rozlišených dat lze analyzovat i velké vzorky nebo celé polovodičové plátky bez otočení.

Budoucí trendy a možnosti využití


  • Rozšíření databází IMFP a útlumových délek pro nové materiály.
  • Integrace vícevrstvových a spektroskopických modelů pro složité heterostruktury.
  • Využití nízkoenergetického iontového povrchového sputterování kombinovaného s ARXPS pro sub-nanometrovou hloubkovou rozlišitelnost.
  • Automatizace rekonstrukce hloubkových profilů pomocí pokročilých optimalizačních algoritmů a umělé inteligence.

Závěr


Úhlově rozlišená XPS poskytuje jedinečný pohled do sub-povrchových vrstev s neporušenou chemickou informací. Kombinace přesných matematických modelů, výkonného softwaru a speciálních detektorů otevírá nové možnosti pro analýzu ultratenkých filmů a rozhraní v průmyslové i výzkumné praxi.

Reference


  • P. Seah, W.A. Dench: Surface and Interface Analysis 1 (1979) 2.
  • M.P. Seah et al.: Surface and Interface Analysis 36 (2004) 1269.
  • Data útlumových délek podle NIST Standard Reference Database 82.
  • M.P. Seah, S.J. Spencer: Surface and Interface Analysis 33 (2003) 515.
  • S. Tanuma, C.J. Powell, D.R. Penn: Surface and Interface Analysis 21 (1994) 165.
  • R.F. Reilman, A. Msezane, S.T. Mason: J. Electron Spectroscopy 8 (1976) 389.
  • A. Jablonski: Surface and Interface Analysis 14 (1989) 659.
  • M.P. Seah, I. Gilmore: Surface and Interface Analysis 31 (2001) 835.
  • A. Jablonski: Surface and Interface Analysis 23 (1995) 29.
  • A.K. Livesey, G.C. Smith: J. Electron Spectroscopy Rel. Phenomena 67 (1994) 439.
  • R.L. Opila, J. Eng Jr.: Progress in Surface Science 69 (2002) 125.

Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.

PDF verze ke stažení a čtení
 

Podobná PDF

Theta Probe: Small Spot XPS Spectrometer with Parallel ARXPS Capability
Theta Probe: Small Spot XPS Spectrometer with Parallel ARXPS Capability
2008|Thermo Fisher Scientific|Brožury a specifikace
Characterization of High-k Dielectric Materials on Silicon Using Angle Resolved XPS
Errors Associated With Thin Film Measurements Using XPS at a Single Angle
Characterization of Chemical Gradients and Antibody Immobilization Using XPS and ARXPS