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解析硅表面:SEM-SXES探索新材料的深度信息

来源:捷欧路(北京)科贸有限公司 更新时间:2026-01-28 16:45:27 阅读量:17
导读:软X射线光谱仪


前言:

在现代材料科学研究中,硅作为半导体的核心材料,其表面晶体结构分析尤为重要。通常,晶体状态的差异通过X射线光电子能谱(XPS)进行确认。今天,我们将探讨一种先进的分析工具——软X射线光谱仪 ( SXES: Soft X-Ray Emission Spectrometer ),为研究新材料提供更多可能。


什么是SXES?

SXES是一种利用新开发的衍射光栅和高灵敏度X射线CCD相机组合,通过检测能量和光谱形状的变化来进行化学状态分析的设备。

SXES的优势主要体现在:

1.与电镜集成:

SXES可以与JEOL EPMA(电子探针显微分析仪)或SEM(扫描电子显微镜)结合,精准定位目标区域。SEM-SXES联用可以通过电子束减速模式在低电压下提供大探针电流,有力支持样品的观察和分析。

2. 高能量分辨率:

SXES的能量分辨率高达0.3eV,能够精准解析不同化学态下材料的光谱特征。


3.  深度分析能力:

SEM-SXES可通过改变入射电压调整信息深度,使研究人员能够详细评估样品表面的晶体结构变化。

图1 SEM-SXES系统的外观

和SXES的原理示意图


应用案例

在本案例中,我们使用表面有不同厚度非晶层的硅晶圆样品,尝试比较低入射电压下的SEM-SXES分析与XPS分析结果,并通过SEM-SXES评估硅表面的晶体性。

测试过程

本研究的样品信息见下图。首先,为了检查靠近样品表面的非晶硅(a-Si)层造成的光谱形状变化,采用500 eV的入射电压对每个样品进行了SXES分析。其次,使用JEOL JPS-9030进行了XPS分析,以检查每个硅晶圆的晶体性变化。最后,分别采用2 kV、1 kV和500 V的入射电压,使用SXES对样品C进行深度方向的分析。

 图2 样品情况说明


参考配置:

SEM:JSM-IT810系列 (JEOL)

SXES:SS-94000SXES (JEOL)


测试结果与分析

图3显示了通过在500 eV入射电压下对每个样品进行SEM-SXES分析获得的Si L2,3-M1的X射线光谱。在这种情况下,硅的特征X射线是从每个样品中产生的,深度约为8nm(图4)。样品B的光谱形状被观察到是样品A和样品C光谱的组合。这被推测是由于500 eV的电子束激发了a-Si的表面层和内部的c-Si区域。这个结果与图5所示的XPS分析结果一致。图6中的结果表明,随着入射电压降低,光谱形状发生了变化。


SEM-SXES低入射电压的这些结果表明,可能出现一种新的评估技术,用于检测样品表面化学结构的变化。随着科学技术的不断发展,SXES设备在材料科学中的应用将会越来越广泛。从电子器件开发到光伏材料研究,SXES将成为研发者们不可或缺的工具。

如果您希望深入了解SXES设备及其应用,欢迎随时与我们联系,获取更多信息!

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