原子探针层析成像（APT）是一种纳米级材料分析技术，可提供3D（三维）空间成像和化学成分测量，且灵敏度高。
该技术依赖于样品表面上单个原子/原子簇的电离和随后的场蒸发。 将样品制成圆锥形尖端的形式，其顶点半径<100 nm。 场蒸发的发生是由于基本直流电压偏置（通常在1-10 kV之间）和脉冲电压（导电样品）或脉冲激光（半导体样品和绝缘样品）引起的。 还可以将样品低温冷却至25-80 K之间，以抑制热晶格振动并改善空间定位。
2D映射（设备级别）：用于提供有关设备结构的信息并与其他技术关联。
场蒸发离子被收集到位置敏感检测器（PSD）上，以准确识别x和y位置。 所收集的离子序列用于z位置。 x，y和z一起提供了样品尖端的空间成像。 还测量离子的飞行时间，并将其转换为质荷比以进行化学成分测量。 空间分辨率的深度最大为0.3 nm，横向最大为0.5 nm，仅限于金属样本。 半导体和绝缘样品的分辨率较低，通常最多约为1 nm。 APT的化学敏感性为10 ppm。
根据材料类型，分析区域在 x 和 y 方向为 ~ 30-50 nm，在 z 方向为 100-500 nm，该技术对于存在 [a] 3D 结构/掩埋界面，[b] 低的情况特别有用存在原子序数 (Z) 元素，无论是作为掺杂剂还是在本体中，[c] 纳米级簇是结构的一部分。 虽然 APT 不提供与 SIMS （二次离子质谱法），它可以识别3D结构中的元素，而SIMS则无法实现。 它还提供了比 TEM / STEM （扫描/透射电子显微镜）相关技术，例如 EDX （能量色散X射线光谱）和 EELS （电子能量损失谱）。 3D Compositional analysis of nanoscale clusters is routinely carried out using APT, as it is not possible to measure using TEM/STEM.纳米簇的XNUMXD成分分析通常使用APT进行，因为无法使用TEM / STEM进行测量。
Nanolab的LEAP 5000XR是最新的仪器功能，与旧版仪器相比，具有最高的检测器效率，更高的信噪比以及更大的捕获和分析体积。 这些功能可以捕获3D中无法使用其他技术进行测量的低浓度元素。
理想用途
- 3D结构分析，例如FinFET，PMOS覆盖层，3D NAND，光伏中的弯曲或不均匀晶界。
- 纳米级沉淀物和基体分析，用于成分和化学识别，例如金属合金（Al 7075，形状记忆，Ti）。
- 轻元素分析 — Be、B、Li、C 和 Al，例如锂离子电池。
- 用于LED，finfet，2D NAND存储器和锂离子电池表面涂层的3D和3D低浓度掺杂剂。
分析类型
- 元素图：观察材料/设备中单个化学物质的同质性/异质性和 2D 或 3D 位置是原子探针断层扫描分析的一个重要方面。 通常 2D 地图和 3D 电影用于此分析。
- 成分变化：APT提供了多种方法来分析成分，例如基于深度或浓度的线轮廓，曲线图和等浓度曲面。
- 聚类分析：APT非常适合分析矩阵中元素的纳米级（1-10 nm）簇。 The cluster size and composition for individual clusters of any shape and size can be analyzed with APT.可以使用APT分析任何形状和大小的单个群集的群集大小和组成。 With a large number of clusters, further quantitative analysis can be carried out.对于大量的簇，可以进行进一步的定量分析。
- 掺杂物识别和组成：识别3D中的掺杂剂位置，其化学成分和数量密度（直到〜10 ppm或5E18原子/ cm3，最好的情况下）可以使用APT获得。
- 相关研究：STEM，EBIC，EBSD，电子断层扫描和SIMS都是常规用于辅助3D APT数据解释的技术。
- 具体区域分析：根据客户要求，可以使用不同分析的组合来更好地了解特定区域。
优势强项
- 小体积掺杂物映射。
- 轻元素（例如Li和B）的检测和映射。
- 识别同位素的能力。
- 所有元素的检测概率均等（HU）。
- 纳米级沉淀物的聚类分析。
- 高质量分辨率，可识别样品中存在的各种元素。
缺点限制
- 大量的样品制备时间（4-6小时）。
- 采样量小。
- 由于某些材料在高电场中可能不稳定，因此数据采集的收率低。
- 需要针对每种材料类型和结构获得优化的参数。
- 对于某些包含质谱重叠的不同元素的情况，定量准确性低。
- 由于轨迹像差，异质结或复杂几何形状可能会限制空间分辨率和合成精度。
技术规格
- 分析类型：3D
- 材料种类：金属，半导体，氧化物，陶瓷。
- 检测到元素：HU
- 检测限：〜10 ppm（〜5E18原子/厘米3)
- 成像/映射：是
- 最大横向分辨率：横向0.5 nm和深度0.3 nm
- 分析区域：50 * 50纳米2
- 分析深度：100-500纳米
- 检测离子类型：带正电
- 同位素鉴定：是
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