[측정 장비] SEM, TEM, XPS, FIB, SIMS

SEM (Scanning Electron Microscope): 주사형 전자현미경, 파괴분석, 해상도 0.005μm 약 80만 배 배율

고진공, 저배율도 가능 전자총으로 전자를 생성하고, Hot Filament로 전자를 가속시켜 Sample에 입사(1차 이온).

렌즈를 통해 전자 집속 (Condenser-전자빔을 모아 줌, Objective-Sample에 잘 집속 되도록 빔의 크기를 조절함)

Sample에서 반응해 튀어나오는 Secondary Electron(2차 전자), Back Scattered Electron(후방산란전자)을 검출함.

3D 구조(표면, 단면, 두께 구조, 입자의 형상 크기 종류 파악). 전자의 양에 따라 명암이 구분되어 파악 가능.

가속 전압이 높을수록 분해능 성질이 증가, 내부 정보를 봄 (표면은 선명도 저하), 손상 강해짐, 대전 효과 커짐

 

SEM (Scanning Electron Microscope)

TEM(Transmission Electron Microscope): 투과형 전자현미경, 파괴분석, 해상도 0.0002μm, 약 100만 배 배율

Sample을 투과한 전자선을 스크린에 투영해 상 관찰, 단면 구조 관찰, 시료를 매우 얇게 잘라야 하며 2D 구조  

전자총에서 발사한 전자선을 물체에 비추면 투과파 발생.

이를 전자렌즈에 통과시켜 확대한 상을 형광판에 맺게 하면 눈으로 볼 수 있음.

TEM(Transmission Electron Microscope)

 

XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy): X선 광전자 분광법, 비파괴분석

X선(1486eV)을 Sample에 쏘면 외각의 전자의 결합이 끊기며 Secondary Electron가 나고, 이를 분석 및 측정.

고체 표면 분석법 (전자 운동에너지 측정을 통한 결합에너지 측정, 원소 분석)

화학 결합 상태, 불순물 등에 따라 결합에너지가 다르기 때문에 이를 파악함.

구동 순서

시료 표면 처리: 시료의 표면은 산란 없게 깨끗하게 처리해야 함.

이를 위해 Sputtering으로 불순물 제거

X-선 발사: X-선을 시료에 비추어 시료의 원자에서 전자를 발생시킴.

전자 스펙트럼 측정: X-선으로 발생하는 전자들의 에너지 측정 (원자 레벨)

데이터 분석: 원자/분자의 종류, 화학 상태, 농도 등 확인. 표면 화학 구성을 파악.

시편 제작 방법

시료 선택: 분석하려는 시료를 선택 후, 시료가 XPS 분석에 적합한 상태인지 확인

시료 표면 처리: 시료의 표면은 청결하고 깨끗해야 함.

산란물을 제거하기 위해 Sputter 또는 Ar Ion Milling을 사용.

고체 시료: 반도체 시료, 가능한 경우 단일 결정의 시료를 사용해야 함.

시료 고정: 시료를 표본 트레이에 고정하여 XPS 분석기로 이동하여 분석을 진행

XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy)

FIB (Focused Ion Beam): 파괴분석, 미세회로 수정 및 단면 관찰(2차 전자 및 이온 분석),

 

Ion Milling: Etching/Deposition, TEM Sampling 시편 제작.

 

SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy): 2차 이온 질량분석법, 파괴분석. 이온주입 공정 참고

 

 

++Dark Field (Df) Microscope: 암시야 현미경, 비파괴분석, Scratch와 Step Coverage, Particle 등을 강조하는 관찰법.

정상적인 빛이 들어오는 것이 아니라 어두운 곳에서 원하는 만큼의 빛을 조사해 원하는 부분을 강조하는 방법.

++Observation Site: 계측하기 위해 만들어 둔 Tag