电子能谱学第8讲俄歇电子能谱的应用
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▪ Grain boundary segregation
▪ Cleaning failures ▪ Precipitates
•Display Devices
▪ Defect particles ▪ Etch residue ▪ Shorting problems ▪ Contact
contamination ▪ Interdiffusion ▪ Cleaning residue
▪ Surface particles ▪ Interdiffusion of layers ▪ Pinhole defects ▪ Surface contamination ▪ Magnetic head defects ▪ Polishing residue
•Semiconductor D▪eDviecfeecst particles
•当暴氧量增加到30L时，在O KLL谱上出现 了高动能的伴峰，通过曲线解叠可以获得俄 歇动能为508.6 eV和512.0eV的两个峰。后 者是由表面氧化反应形成的ZnO物种中的氧 所产生。
•即使经过3000L剂量的暴氧后，在多晶锌表 面仍有两种氧物种存在。这结果表明在低氧 分压的情况下，只有部分活性强的Zn被氧化 为ZnO物种，而活性较弱的Zn只能与氧形成 吸附状态。
• 由于俄歇电子能谱具有很高的表面灵敏度，可以 检测到10-3原子单层，因此可以很方便和有效地用 来研究固体表面的化学吸附和化学反应。
• 不仅可以分析吸附含量，还可以研究吸附状态以 及化学反应过程
•6
表面吸附研究
•当暴氧量达到50 L时，Zn LVV 的线形就发生了明显的变化。
•俄歇动能为54.6eV的峰增强， 而俄歇动能为57.6eV的峰则降 低。表明有少量的ZnO物种生 成。
•9
薄膜厚度测定
• 通过俄歇电子能谱的深度剖析，可以获得多层膜的厚度 。
• 由于溅射速率与材料的性质有关，这种方法获得的薄膜 厚度一般是一种相对厚度。但在实际过程中，大部分物 质的溅射速率相差不大，或者通过基准物质的校准，可 以获得薄膜层的厚度。
• 这种方法对于薄膜以及多层膜比较有效。对于厚度较厚 的薄膜可以通过横截面的线扫描或通过扫描电镜测量获 得。
•10
薄膜厚度的测定
• TiO2薄膜层的溅射时间约为6分 钟，由离子枪的溅射速率（ 30nm/min）,可以获得TiO2 薄膜 光催化剂的厚度约为180nm。
• 该结果与X射线荧光分析的结果 非常吻合（182nn）
• 深度的定义 16%-84％处
•11
薄膜的界面扩散反应研究
• 在薄膜材料的制备和使用过程中，不可避免会产生薄膜层间的界面 扩散反应。
•随着暴氧量的继续增加，Zn LVV线形的变化更加明显，并 在低能端出现新的俄歇峰。表 明有大量的ZnO表面反应产物 生成。
Baidu Nhomakorabea•7
表面吸附反应
•在经过1 L的暴氧量的吸附后，在O KLL 俄 歇谱上开始出现动能为508.2eV的峰。该峰 可以归属为Zn表面的化学吸附态氧，其从 Zn原子获得的电荷要比ZnO中的氧少，因此 其俄歇动能低于ZnO中的氧。
•8
表面清洁度检测
1. 在样品的原始表面上，除有Cr元素存 在外，还有C,O等污染杂质存在。
2. 经过离子溅射清洁后，其表面的C杂 质峰基本消失。样品表面的C污染并 不是在制备过程中形成的，而是在放 置过程中吸附的大气中的污染。
3. 但氧的特征俄歇峰即使在溅射清洁很 长时间后，仍有小峰存在。该结果表 明有少量O存在于制备的Cr薄膜层中 。该氧可能是由靶材的纯度或薄膜样 品制备过程中的真空度较低有关，而 不仅仅是表面污染
• 电子器件的失效分析 ，材料的腐蚀等；
•2
俄歇电子能谱的应用
• 表面清洁 • 表面吸附和反应 • 表面扩散 • 薄膜厚度 • 界面扩散和结构 • 表面偏析
• 摩擦润滑 • 失效分析 • 电子材料 • 核材料 • 催化剂 • 纳米材料研究
•3
•Auger Applications
•Magnetic Storage M▪eLdaiyaer identification
电子能谱学第8讲俄歇电 子能谱的应用
2020年6月3日星期三
俄歇电子能谱提供的信息
• 固体表面的能带结构、 态密度 ，电子态；
• 表面的物理化学性质 变化
• 元素组成，含量，化学 价态，深度分布，微区 分析等信息
• 表面吸附、脱附以及 表面化学反应 ；
• 材料组分的确定，纯 度的检测，材料特别 是薄膜材料的生长 等 ；
▪ Etch residue ▪ Shorting problems ▪ Contact contamination ▪ Interdiffusion ▪ Abnormal growth ▪ Cleaning residue ▪ BGA, packaging problems
•Glass and Ceramics
•12
薄膜的界面扩散反应研究
• 难熔金属的硅化物是微电子器件中 广泛应用的引线材料和欧母结材料 ，是大规模集成电路工艺研究的重 要课题，目前已进行了大量的研究 。
• 薄膜样品在经过热处理后，已有稳 定的金属硅化物层形成。同样，从 深度分析图上还可见， Cr表面层已 被氧化以及有C元素存在。这主要是 由热处理过程中真空度不够以及残 余有机物所引起的。
• 对于有些情况下，希望薄膜之间能有较强的界面扩散反应，以增强 薄膜间的物理和化学结合力或形成新的功能薄膜层。而在另外一些 情况则要降低薄膜层间的界面扩散反应。如多层薄膜超晶格材料等 。
• 通过俄歇电子能谱的深度剖析，可以研究各元素沿深度方向的分布 ，因此可以研究薄膜的界面扩散动力学。
• 同时，通过对界面上各元素的俄歇线形研究，可以获得界面产物的 化学信息，鉴定界面反应产物。
•4
固体表面清洁程度的测定
• 在研究工作中，经常需要获得清洁的表面。 • 一般对于金属样品可以通过加热氧化除去有机物污染，
再通过真空热退火除去氧化物而得到清洁表面。 • 最简单的方法则是离子枪溅射样品表面来除去表面污染
物。 • 样品的表面清洁程度可以用俄歇电子能谱来实时监测。
•5
表面吸附和化学反应的研究
▪ Cleaning failures ▪ Precipitates
•Display Devices
▪ Defect particles ▪ Etch residue ▪ Shorting problems ▪ Contact
contamination ▪ Interdiffusion ▪ Cleaning residue
▪ Surface particles ▪ Interdiffusion of layers ▪ Pinhole defects ▪ Surface contamination ▪ Magnetic head defects ▪ Polishing residue
•Semiconductor D▪eDviecfeecst particles
•当暴氧量增加到30L时，在O KLL谱上出现 了高动能的伴峰，通过曲线解叠可以获得俄 歇动能为508.6 eV和512.0eV的两个峰。后 者是由表面氧化反应形成的ZnO物种中的氧 所产生。
•即使经过3000L剂量的暴氧后，在多晶锌表 面仍有两种氧物种存在。这结果表明在低氧 分压的情况下，只有部分活性强的Zn被氧化 为ZnO物种，而活性较弱的Zn只能与氧形成 吸附状态。
• 由于俄歇电子能谱具有很高的表面灵敏度，可以 检测到10-3原子单层，因此可以很方便和有效地用 来研究固体表面的化学吸附和化学反应。
• 不仅可以分析吸附含量，还可以研究吸附状态以 及化学反应过程
•6
表面吸附研究
•当暴氧量达到50 L时，Zn LVV 的线形就发生了明显的变化。
•俄歇动能为54.6eV的峰增强， 而俄歇动能为57.6eV的峰则降 低。表明有少量的ZnO物种生 成。
•9
薄膜厚度测定
• 通过俄歇电子能谱的深度剖析，可以获得多层膜的厚度 。
• 由于溅射速率与材料的性质有关，这种方法获得的薄膜 厚度一般是一种相对厚度。但在实际过程中，大部分物 质的溅射速率相差不大，或者通过基准物质的校准，可 以获得薄膜层的厚度。
• 这种方法对于薄膜以及多层膜比较有效。对于厚度较厚 的薄膜可以通过横截面的线扫描或通过扫描电镜测量获 得。
•10
薄膜厚度的测定
• TiO2薄膜层的溅射时间约为6分 钟，由离子枪的溅射速率（ 30nm/min）,可以获得TiO2 薄膜 光催化剂的厚度约为180nm。
• 该结果与X射线荧光分析的结果 非常吻合（182nn）
• 深度的定义 16%-84％处
•11
薄膜的界面扩散反应研究
• 在薄膜材料的制备和使用过程中，不可避免会产生薄膜层间的界面 扩散反应。
•随着暴氧量的继续增加，Zn LVV线形的变化更加明显，并 在低能端出现新的俄歇峰。表 明有大量的ZnO表面反应产物 生成。
Baidu Nhomakorabea•7
表面吸附反应
•在经过1 L的暴氧量的吸附后，在O KLL 俄 歇谱上开始出现动能为508.2eV的峰。该峰 可以归属为Zn表面的化学吸附态氧，其从 Zn原子获得的电荷要比ZnO中的氧少，因此 其俄歇动能低于ZnO中的氧。
•8
表面清洁度检测
1. 在样品的原始表面上，除有Cr元素存 在外，还有C,O等污染杂质存在。
2. 经过离子溅射清洁后，其表面的C杂 质峰基本消失。样品表面的C污染并 不是在制备过程中形成的，而是在放 置过程中吸附的大气中的污染。
3. 但氧的特征俄歇峰即使在溅射清洁很 长时间后，仍有小峰存在。该结果表 明有少量O存在于制备的Cr薄膜层中 。该氧可能是由靶材的纯度或薄膜样 品制备过程中的真空度较低有关，而 不仅仅是表面污染
• 电子器件的失效分析 ，材料的腐蚀等；
•2
俄歇电子能谱的应用
• 表面清洁 • 表面吸附和反应 • 表面扩散 • 薄膜厚度 • 界面扩散和结构 • 表面偏析
• 摩擦润滑 • 失效分析 • 电子材料 • 核材料 • 催化剂 • 纳米材料研究
•3
•Auger Applications
•Magnetic Storage M▪eLdaiyaer identification
电子能谱学第8讲俄歇电 子能谱的应用
2020年6月3日星期三
俄歇电子能谱提供的信息
• 固体表面的能带结构、 态密度 ，电子态；
• 表面的物理化学性质 变化
• 元素组成，含量，化学 价态，深度分布，微区 分析等信息
• 表面吸附、脱附以及 表面化学反应 ；
• 材料组分的确定，纯 度的检测，材料特别 是薄膜材料的生长 等 ；
▪ Etch residue ▪ Shorting problems ▪ Contact contamination ▪ Interdiffusion ▪ Abnormal growth ▪ Cleaning residue ▪ BGA, packaging problems
•Glass and Ceramics
•12
薄膜的界面扩散反应研究
• 难熔金属的硅化物是微电子器件中 广泛应用的引线材料和欧母结材料 ，是大规模集成电路工艺研究的重 要课题，目前已进行了大量的研究 。
• 薄膜样品在经过热处理后，已有稳 定的金属硅化物层形成。同样，从 深度分析图上还可见， Cr表面层已 被氧化以及有C元素存在。这主要是 由热处理过程中真空度不够以及残 余有机物所引起的。
• 对于有些情况下，希望薄膜之间能有较强的界面扩散反应，以增强 薄膜间的物理和化学结合力或形成新的功能薄膜层。而在另外一些 情况则要降低薄膜层间的界面扩散反应。如多层薄膜超晶格材料等 。
• 通过俄歇电子能谱的深度剖析，可以研究各元素沿深度方向的分布 ，因此可以研究薄膜的界面扩散动力学。
• 同时，通过对界面上各元素的俄歇线形研究，可以获得界面产物的 化学信息，鉴定界面反应产物。
•4
固体表面清洁程度的测定
• 在研究工作中，经常需要获得清洁的表面。 • 一般对于金属样品可以通过加热氧化除去有机物污染，
再通过真空热退火除去氧化物而得到清洁表面。 • 最简单的方法则是离子枪溅射样品表面来除去表面污染
物。 • 样品的表面清洁程度可以用俄歇电子能谱来实时监测。
•5
表面吸附和化学反应的研究