原子探针层析成像(APT)是一种纳米级材料分析技术，可提供3D(三维)空间成像和化学成分测量，且灵敏度高。

该技术依赖于样品表面上单个原子/原子簇的电离和随后的场蒸发。 将样品制成圆锥形尖端的形式，其顶点半径<100 nm。 场蒸发的发生是由于基本直流电压偏置(通常在1-10 kV之间)和脉冲电压(导电样品)或脉冲激光(半导体样品和绝缘样品)引起的。 还可以将样品低温冷却至25-80 K之间，以抑制热晶格振动并改善空间定位。

2D映射(设备级别)：用于提供有关设备结构的信息并与其他技术关联。

场蒸发离子被收集到位置敏感检测器(PSD)上，以准确识别x和y位置。 所收集的离子序列用于z位置。 x，y和z一起提供了样品尖端的空间成像。 还测量离子的飞行时间，并将其转换为质荷比以进行化学成分测量。 空间分辨率的深度最大为0.3 nm，横向最大为0.5 nm，仅限于金属样本。 半导体和绝缘样品的分辨率较低，通常最多约为1 nm。 APT的化学敏感性为10 ppm。

根据材料类型，分析区域在 x 和 y 方向为 ~ 30-50 nm，在 z 方向为 100-500 nm，该技术对于存在 [a] 3D 结构/掩埋界面，[b] 低的情况特别有用存在原子序数 (Z) 元素，无论是作为掺杂剂还是在本体中，[c] 纳米级簇是结构的一部分。 虽然 APT 不提供与 SIMS (二次离子质谱法)，它可以识别3D结构中的元素，而SIMS则无法实现。 它还提供了比 TEM / STEM (扫描/透射电子显微镜)相关技术，例如 EDX (能量色散X射线光谱)和 EELS (电子能量损失谱)。 3D Compositional analysis of nanoscale clusters is routinely carried out using APT, as it is not possible to measure using TEM/STEM.纳米簇的XNUMXD成分分析通常使用APT进行，因为无法使用TEM / STEM进行测量。

Nanolab的LEAP 5000XR是最新的仪器功能，与旧版仪器相比，具有最高的检测器效率，更高的信噪比以及更大的捕获和分析体积。 这些功能可以捕获3D中无法使用其他技术进行测量的低浓度元素。

下载APT技术说明以了解更多信息。 

原子探针断层扫描 (APT) 的理想用途

3D结构分析，例如FinFET，PMOS覆盖层，3D NAND，光伏中的弯曲或不均匀晶界。

纳米级沉淀物和基体分析，用于成分和化学识别，例如金属合金(Al 7075，形状记忆，Ti)。

轻元素分析 — Be、B、Li、C 和 Al，例如锂离子电池。

用于LED，finfet，2D NAND存储器和锂离子电池表面涂层的3D和3D低浓度掺杂剂。

分析类型

元素图： 观察材料/设备中单个化学物质的同质性/异质性和 2D 或 3D 位置是原子探针断层扫描分析的一个重要方面。 通常 2D 地图和 3D 电影用于此分析。

成分变化： APT提供了多种方法来分析成分，例如基于深度或浓度的线轮廓，曲线图和等浓度曲面。

聚类分析： APT非常适合分析矩阵中元素的纳米级(1-10 nm)簇。 The cluster size and composition for individual clusters of any shape and size can be analyzed with APT.可以使用APT分析任何形状和大小的单个群集的群集大小和组成。 With a large number of clusters, further quantitative analysis can be carried out.对于大量的簇，可以进行进一步的定量分析。

掺杂物识别和组成： 识别3D中的掺杂剂位置，其化学成分和数量密度(直到〜10 ppm或5E18原子/ cm3，最好的情况下)可以使用APT获得。

相关研究： STEM，EBIC，EBSD，电子断层扫描和SIMS都是常规用于辅助3D APT数据解释的技术。

具体区域分析： 根据客户要求，可以使用不同分析的组合来更好地了解特定区域。

原子探针断层扫描 (APT) 的优势

小体积掺杂物映射。

轻元素(例如Li和B)的检测和映射。

识别同位素的能力。

所有元素的检测概率均等(HU)。

纳米级沉淀物的聚类分析。

高质量分辨率，可识别样品中存在的各种元素。

APT 限制

大量的样品制备时间(4-6小时)。

采样量小。

由于某些材料在高电场中可能不稳定，因此数据采集的收率低。

需要针对每种材料类型和结构获得优化的参数。

对于某些包含质谱重叠的不同元素的情况，定量准确性低。

由于轨迹像差，异质结或复杂几何形状可能会限制空间分辨率和合成精度。

APT技术规格

分析类型：3D

材料种类：金属，半导体，氧化物，陶瓷。

检测到元素：HU

检测限：〜10 ppm(〜5E18原子/厘米3)

成像/映射：是

最大横向分辨率：横向0.5 nm和深度0.3 nm

分析区域：50 * 50纳米2

分析深度：100-500纳米

检测离子类型：带正电

同位素鉴定：是