Transcript Auger electron

Auger Electron Spectroscopy
(AES)
원리와 분석
AES 활용
•
•
•
•
•
표면(수Å)에 대한 조성 분석
박막의 깊이 방향 원소분석(depth profiling)
미소부위 조성분석(point analysis)
이차원적인 원소분포도 측정(image mapping)
line scanning
대표적인 분석 방법
장비
입사광
측정신호
분석깊이
최소분석면적
원리
취득정보
XPS
특성 X-선
광전자
10~100Å
100㎛
광전자의 측정으로 에너지 준위 결정
화학결합상태, 원소분석
UPS
자외선
광전자
수십Å
100㎛
광전자의 측정으로 에너지 준위결정
진동주파수, 화학결합상태
AES
전자
Auger전자
20~60Å
20nm
Auger 전자의 측정에 의한 원소분석
표면원소분석
SIMS
이온
2차이온
50~300Å
1㎛
2차이온에 의한 질량분석
표면층의 고감도 원소분석
ISS
이온
산란이온
1nm
1mm
일정각도로 산란된 이온의 측정
표면 원소분석
SEM
전자
2차전자, X-선
100Å
10Å
가속전자에 대한 2차전자나 X-선
표면의 형상, 원소조성
TEM
전자
투과전자
50Å
10Å
투과전자의 세기에 따른 명암 영상
격자구조, 결함의 관찰
STEM
전자
10Å
3Å
투과전자의 방출 X-선의 영향
미소영역의 화학조성
RBS
He, H입자
투과전자, X선
산란이온
20~200Å
1mm
후방산란된 이온의 세기 측정
정성, 정량분석
LEED
전자
산란전자
수원자층
수백㎛
표면 2차원 격자에 의한 산란
표면구조, 흡착원자 배열
EPMA
전자
X-선
1㎛
1㎛
특성 X-선에 의한 원소분포
원소 정량
SAM
전자
Auger 전자
10~100Å
0.1㎛
방출된 Auger전자로 영상 구성
화학성분 분포 측정
AES : Auger electron Spectroscopy
SAM : Scanning Auger Microscopy
RBS : Rutherford Backscattering Spectroscopy
XPS : X-ray Photoelectron Spectroscopy (ESCA)
STEM : Scanning Transmission Electron Microscopy
SEM : Scanning Electron Microscopy
표면분석
금속 ( ~ 20Å), 유기물, 고분자물질 ( ~ 100Å)의 표면과
계면의 구성원소 및 화학적 결합상태, 에너지 준위 등을 알
아내는 기술
AES 와 XPS 비교
장점
단점
• XPS에 비해 깊이 방향의 분해
능이 좋다.
• 최소 분석 영역이 수 nm 로 미
세한 영역의 분석이 가능하다.
• 스펙트럼을 짧은 시간에 얻을
수 있어 시료표면에 있는 원소
의 농도를 빨리 알아내는데 편
리하다.
• 스캐닝 머신을 이용하면 이차
원적인 분포 사항을 알 수 있다.
• Charge up 의 영향이 크다
• 신호 대 잡음비가 좋지 않다.
• E-beam 조사에 의한 시료 손
상이 상대적으로 크다
• XPS에 비해 화학적 상태 분석
에는 많이 사용하지 않는다.
1. 미세한 영역의 분석 가능
2. 빠른 분석 가능
1. Charge up 현상
2. 신호 대 잡음비가 좋지 않다
미세한 분석이 가능한 AES
• Auger 전자 방출을 일으키는 에너지원
: X-선, E-beam
: X-선 : 특별한 경우가 아니면 사용되지 않는다.
E-beam 처럼 크기를 작게 할 수 없고 주사도
안되기 때문
Auger 전자 스펙트럼을 얻기 위해 거의 모든 경우
E-beam 이 사용된다.
Auger 전자란
• Auger 과정의 초기 상태 :
x선이나 E-beam 또는
다른 형태의 에너지 원에
의해 형성된 핵심부 구멍
이 생성
• 에너지원
X-선, E-beam
Auger전자의 운동에너지
• E(KL1L3)= E(K)-E(L1)-E(L3)
• E-beam의 에너지와는 무관하며 원자 내의
각 껍질의 에너지에만 의존
• Auger 전자를 하나 방출하는 과정에 참여하
는 궤도 함수 K, L1 ,L3
• Auger 과정 -> KL1L3 전이
• Auger 전자 -> KL1L3 –Auger 전자
Kinematics energy
 KE of each Auger electron :
- Core hole ionization of K electron BE in O =532eV(EA)
- BE of L1 electron in O =24eV(EB)
- BE of L3 electron in O =7eV(EC)
- Auger electron KE(KLL)in O=532-24-7=501eV
전자 총 (Electron gun)
• 상업적으로 많이 쓰이는 전자총
< E-beam 에너지 : 3 ~ 5 keV , 방출 전
류:200uA, 크기: 0.1 mm2>
• 작은 점 전자총(small spot electron gun)
< E-beam 에너지: 10 keV, 크기:0.1 um2>
• 필드 방출 소스 또는 고광도 열방출기와 자기집
속을 이용하면 E-beam 의 크기가 수만 pm 까지
작아져 진정한 미세 분석이 가능하다.
Auger 스펙트럼
• E-beam 시료 표면에 충돌 :
운동에너지가 낮은 이차 전자
들이 넓은 에너지 구간에 분
포되어 다량으로 방출
• Auger 봉우리를 보기가 어렵
다.
•
• 전자의 계수율을 미분하여 나
타낸다. 양의 봉우리와 음의
봉우리가 나타나며 관습상 음
의 봉우리의 에너지를 Auger
에너지로 취한다.
화학적 상태 분석에는 많이 사용되지 않는
AES
• 원자의 화학적 환경이 달라짐 -> 궤도함수의 에
너지가 달라짐
• Auger 과정에는 세 개의 궤도함수가 참여하므로
매우 복잡하다.
• E-beam의 높은 에너지 때문에 신호 대 잡음비
가 좋지 않다.
Auger 파라미터
• 시료가 전기를 띄는 현상이 발생 -> 봉우리의 위
치가 바뀌기 때문에 정확한 에너지의 측정이 어
려워진다.
• 광전자 봉우리와 Auger 봉우리의 차이를 파라미
터로 사용한다. -> Auger 파라미터 alpha로 나
타낸다.
분석
Line scan
Image mapping
원소의 정성 및 정량분석
I i  I b (1  rM )TD  N i ( z ) exp( 
XA
z
)dz
M
PA / S A

 100
 i(Pi / Si )
XA: A의 atomic%, P: Peck to peck, S:sensitivity factor
Depth profile
•
•
•
•
•
•
AES spectrum
Noise 혹은 다른 원소로 부터의 peak중첩을 고려 해야함
Spectrum 해석(S/W) Depth profile data 획득
Chemical shifts in AES profiles
분석가능하지만 일반적으로 ESCA사용
(Auger process중 3개의 전자준위에 의한 간섭때문)
참고 자료
 AES (Auger Electron Spectroscopy)
수백 Å 크기의 Electron beam을 재료의 표면에 입사  방출되는 Auger electron의
에너지를 측정하여 재료표면을 구성하고 있는 원소의 종류 및 양을 분석해내는 표면분
석 장비이다.
참고 자료
Auger analysis
Data acquisition 중 샘플 표면에 불순물의
흡착을 방지하기 위해 10-8torr 이하의 UHV
chamber 내에서 이루어짐.
Electron gun : Primary electron beam
Electron energy analyzer and detector :
measurement and collection of emitted
electrons.
Sample manipulator : to locate the area of
interest at the analyzer focal point.
Ion gun : cleaning of the sample and for
depth profiling
참고 자료
Physical Electronics Model 25-130 CMA