пн-пт  10:00 - 19:00
г. Москва
+7 (495) 204 13 17
г. Санкт-Петербург
+7 (812) 509 20 91

Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ/TEM)

ПЭМ_баннер_статья.png

Методы визуализации в просвечивающей электронной микроскопии 

Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) - метод, который визуализирует образец с использованием электронного пучка. ПЭМ имеет лучшее пространственное разрешение (1-2 Å), чем СЭМ, но требует более сложной подготовки образца. 

Просвечивающая электронная микроскопия является методом, который визуализирует образец с использованием электронного пучка (англ. TEM - Transmission electron microscopy). При просвечивающей микроскопии разрешение изображения составляет около 1-2 Å . Электроны высокой энергии (80 keV - 200 keV) передаются через электронно-прозрачные образцы (толщиной ~ 100 нм). ПЭМ имеет лучшее пространственное разрешение, чем СЭМ (англ, SEM - Scanning Electron Microscope), но требует более сложной подготовки образца. 

Для достижения наилучших результатов в различных режимах работы ПЭМ предусмотрена возможность настройки и сохранения параметров линз, дефлекторных катушек (формирующих электронный пучок), разнообразных параметров электронного пучка и режимов формирования изображения. 

Методами визуализации в просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) являются: дифракционный контраст, фазовый контраст и сканирующая просвечивающая электронная микроскопия (СПЭМ).

Дифракционный контраст 

Для ПЭМ дифракционный контраст единственный в своем роде метод, чувствительный к кристаллографическим изменениям фазы и толщины образца. Дифракционный контраст в изображении зависит от кристаллографической ориентации образца относительно электронного пучка. Это свойство обычно используется для определения границ различных компонентов полупроводниковых устройств и выявления дефектов, которые вводят в кристаллографическую фазу устройства изменения. 

Дифракционный контраст позволяет визуализировать изменения в поликремнии, которые появляются в результате случайной кристаллографической ориентации зерен относительно падающего пучка. Наиболее характерные дефекты: дефекты в кремниевой подложке, стрингеры (вкрапления на границе металлов), блокировка контактов (рис.1 – 4). 

ПЭМ_1.png

ПЭМ_3-4.png


Фазовый контраст

ПЭМ_4.png

В исследованиях полупроводниковых устройств фазово-контрастные изображения высокого разрешения используются при измерениях толщины подзатворного оксида (рис. 5), метрологии субнанометровых деталей структур и идентификации тонких межфазных слоев, которые могут вызывать сбои устройств. Большинство современных ПЭМ оснащаются линзами высокого разрешения, характеризующимися разрешающей способностью менее 2,5 Å, в то же время, в более совершенных ПЭМ используются новые системы коррекции аберраций, позволяющие достигнуть разрешения менее 1Å.



Сканирующая просвечивающая электронная микроскопия (СПЭМ)

Когда электронный луч проходит через образец, происходит упругое (без потерь энергии) и неупругое (c потерями энергии) рассеивание электронов. Доля неупруго рассеянных электронов увеличивается с увеличением толщины образца. В режиме параллельной (одновременной) регистрации ПЭМ вклад неупруго рассеянных электронов негативно влияет на качество изображения, потому что возникают хроматические аберрации линз, используемых для увеличения объекта и формирования изображений. Сканирующая просвечивающая микроскопия (СПЭМ) менее восприимчива к таким хроматическим аберрациям, поскольку для формирования и увеличения изображений такие линзы не требуются. Это преимущество СПЭМ очень полезно для визуализации толстых (>200 нм) образцов, часто встречающихся при анализе отказов. 

Метод с использованием электронов, рассеянных под большими углами (обычно более 50 мрад) называют STEM-HAADF-исследованием или методом кольцевого темного поля при больших углах, а также методом получения Z-контрастных изображений. Его часто используют для визуализации межфазных дефектов (рис. 6, 7).

ПЭМ_3.png

Вывод

Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) незаменима для анализа твердых материалов. Сложное оснащение прибора позволяет провести исследования элементного состава и структуры кристаллической решетки образца. Пробоподготовка и продолжительный процесс исследования – делают данный метод исследования довольно трудоемким, но необходимым для разработки новых материалов, локализации и идентификации дефектов и отказов.

При подготовке статьи были использованы следующие материалы:
  1. 1. J. Ross “Microelectronics Failure Analysis Desc Reference. Sixth Edition” USA: «ASM International», 2011. – 660 стр.;
  2. 2. Д.Синдо, Т. Оикава «Аналитическая просвечивающая электронная микроскопия» Москва: «Техносфера», 2006. – 256 стр. ISBN 5-94836-064-4.
Смотреть оборудование категории просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) >>>