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扫描式电子显微镜 (SEM)的定义及行业应用案例

来源: 浏览: 发布日期:2020-11-09 13:35:54

   扫描电子显微镜 (SEM)的定义

  扫描式电子显微镜,又扫描电镜(Scanning Electron microscope, SEM)主要是利用微小聚焦的电子束(Electron Beam)进行样品表面扫描。 此电子束(Electron Beam)与样品间的交互作用会激发出各种信号,如: 二次电子、背向散射电子及特性X光等,SEM主要就是收集二次电子的信号来成像。

  SEM景深大、分辨率高,放大倍率可达到数十万倍以上,可用来观察样品表面及剖面微结构。如在设备上加装能量分散X光谱仪(Energy Dispersive Spectrometer, 简称EDS)时,可对样品表面同时进行微区之材料分析,包括定性、半定量之成分分析以及特定区域之Point、Line Scan、Mapping分析。

  针对各种材料表面微结构观察SEM量测样品尺寸,如膜厚等EDS可针对样品表面,进行微区定性与半定量成份元素分析/ 特定区域之Point、Line Scan、Mapping分析EDS SDD detector可在低电压下,提升Mapping的空间分辨率SEM自动拍照,搭配去层技术de-process,可提供电路逆向工程参考利用低能电子束扫描做被动式电压对比(Passive Voltage Contrast, PVC),对于异常漏电或接触不良的半导体组件损坏可精准定位。

蔡司扫描电镜

  扫描电子显微镜功能

  1、扫描电子显微镜追求固体物质高分辨的形貌,形态图像(二次电子探测器SEI)-形貌分析(表面几何形态,形状,尺寸)

  2、显示化学成分的空间变化,基于化学成分的相鉴定---化学成分像分布,微区化学成分分析

  1)用x射线能谱仪或波谱(EDSorWDS)采集特征x射线信号,生成与样品形貌相对应的,元素面分布图或者进行定点化学成分定性定量分析,相鉴定。

  2)利用背散射电子BSE)基于平均原子序数(一般和相对密度相关)反差,生成化学成分相的分布图像;

  3)利用阴极荧光,基于某些痕量元素(如过渡金属元素,稀土元素等)受电子束激发的光强反差,生成的痕量元素分布图像。

  4)利用样品电流,基于平均原子序数反差,生成的化学成分相的分布图像,该图像与背散射电子图像亮暗相反。

  5)利用俄歇电子,对样品物质表面1nm表层进行化学元素分布的定性定理分析,

  3、在半导体器件(IC)研究中的特殊应用:

  1)利用电子束感生电流EBIC进行成像,可以用来进行集成电路中pn结的定位和损伤研究

  2)利用样品电流成像,结果可显示电路中金属层的开、短路,因此电阻衬度像经常用来检查金属布线层、多晶连线层、金属到硅的测试图形和薄膜电阻的导电形式。

  3)利用二次电子电位反差像,反映了样品表面的电位,从它上面可以看出样品表面各处电位的高低及分布情况,特别是对于器件的隐开路或隐短路部位的确定尤为方便。

  4、利用背散射电子衍射信号对样品物质进行晶体结构(原子在晶体中的排列方式),晶体取向分布分析,基于晶体结构的相鉴定。

  扫描电子显微镜对科学研究与企业生产都有很重要的作用,在新型陶瓷材料显微分析中也有广泛的应用。

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