Analyse dünner Schichten

Analyse der Elementzusammensetzung und Dicke einer Fe-Ni-Dünnschicht unter verwendung von ESPRIT und STRATAGem

Monte Carlo Simulation for 15 kV Electron Energy
Monte Carlo simulation, illustrating
penetration depth of electrons into
the sample at 15 kV acceleration
voltage

Die quantitative Analyse einer massiven Probe setzt voraus, dass diese Probe über das analysierte Volumen hinweg homogen ist. Bei inhomogenen Proben ist die Kalkulation der Matrixeffekte inkorrekt und kann zu falschen Elementkonzentrationen führen. Bei Proben, die eine Schichtstruktur enthalten muss eine andere Vorgehensweise für die Quantifizierung gewählt werden. Diese kann durch die standardbezogene Quantifizierung mit ESPRIT in Kombination mit der STRATAGem Software dargestellt werden.

Um diese Vorgehensweise zu demonstrieren wurde eine Fe-Ni-Dünnschicht auf Si mithilfe von ESPRIT und STRATAGem untersucht. Die Probe wurde von der Bundesanstalt für Materialprüfung (BAM) und dem koreanischen Forschungsinstitut für Normen und Wissenschaften (KRISS) zur Verfügung gestellt. Sie besteht aus einer 200 nm dicken Fe-NI-Schicht die auf einem Si-Wafer aufgesputtert wurde. Die Zusammensetzung der Fe-Ni-Schicht wurde mit ICP-MS bestimmt: 50,02 ±1,23 Atom% Fe und 49,98 ±1,23 Atom% Ni.

Spektren von der Probe wurden bei verschiedenen Beschleunigungsspannungen gewonnen, um verschiedene Eindringtiefen und k-Faktoren für die Elemente zu erzeugen, die dann für die Dickenberechnung benötigt werden. In diesem Fall wurden 12, 15, 20, 25 und 30 kV benutzt. Die k-Faktoren wurden mit ESPRIT bestimmt und in STRATAGem eingegeben. Die Ergebnisse werden durch Fit-Prozeduren erhalten, die die k-Faktoren, Schichtdicke, Schichtzusammensetzung und Substratzusammensetzung umfassen.

Diese Vorgehensweise liefert verlässliche Ergebnisse für viele verschiedene Schichtarten mit verschiedenen Zusammensetzungen und Dicken im Bereich zwischen nm und einigen µm, inklusive Multi-Layer-Systemen. Im vorliegenden Fall konnte eine Schichtdicke von etwa 185 nm und eine Zusammensetzung vom 50,3 % Fe und 49,7 % Ni ermittelt werden, was in guter Übereinstimmung mit den erwarteten Werten ist.

Zugehörigen Applikationsbericht #11 herunterladen (PDF, englisch)

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