Techniques
Les différentes techniques d’analyse disponibles à Probion Analysis sont brièvement présentées ci-dessous. Pour plus de détails sur ces techniques, ainsi que des illustrations et des exemples, veuillez consulter la partie Tutoriaux.
SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry)
Expérience
L’échantillon est bombardé par un faisceau d’ions focalisés (O2+ ou Cs+). Leur énergie varie de 500eV à 15keV selon les cas. Le faisceau balaye une surface carrée de 20µm à 500µm de côté. Un cratère se forme alors en raison de l’érosion de la surface par la pulvérisation. Une petite fraction des atomes éjectés est ionisée: ce sont les ions secondaires. Ils sont filtrés selon leur masse par un spectromètre magnétique puis comptés. L’intensité du faisceau est enregistrée en fonction de la durée de pulvérisation.
Résultat
La mesure des signaux en fonction du temps permet d’obtenir, en utilisant les étalons SIMS appropriés, des profils de concentration en fonction de la profondeur. Les étalons disponibles couvrent quasiment tous les besoins dans le domaine des semiconducteurs. Des spectres de masse (1-300uma) ou des images ioniques de la surface de l’échantillon peuvent aussi être obtenus.
XPS/ECSA (X-ray Photo-electron Spectrometry / Electron Spectrometry for Chemical Analysis)
Expérience
L’échantillon est irradié par un faisceau de rayons X monochromatiques. Dans les atomes irradiés, les électrons des niveaux profonds sont excités. Une fraction de ces électrons est éjectée hors de l’échantillon: leur distribution en énergie cinétique est alors mesurée par un spectromètre. L’énergie cinétique de ces électrons est caractéristique des éléments présents dans le matériau.
Résultat
Un spectre d’énergie cinétique est mesuré. Les positions des pics donnent les niveaux d’énergie électronique des atomes de l’échantillon. Ils permettent d’identifier les éléments présents et de calculer leurs concentrations sans étalon. Les liaisons chimiques ont également une influence sur le spectre: elles engendrent de légers décalages sur les énergies des pics. Un traitement mathématique permet de connaitre les proportions des liaisons chimiques présentes pour chaque élément.
ToF-SIMS (Time Of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry)
Expérience
En utilisant un faisceau primaire pulsé, une analyse par SIMS statique attaque seulement la première monocouche de l’échantillon. Contrairement à une analyse par SIMS dynamique, une analyse par SIMS statique préserve l’intégrité moléculaire de la surface. Les molécules sont simplement désorbées ou brisées en plusieurs morceaux. Les ions secondaires, constitués de fragments des molécules initiales, sont détectés par le spectromètre à temps de vol. Des ions moléculaires pesant jusqu’à 10000uma peuvent être détectés, fournissant ainsi des informations sur la structure moléculaire des composés organiques.
Résultat
Dans les spectres de masse obtenus, des bibliothèques de signatures spectrales permettent d’identifier les molécules présentes à la surface de l’échantillon.
RBS (Rutherford Backscattering Spectrometry)
Expérience
L’échantillon est bombardé par des ions He2+ à haute énergie (1 à 3MeV). Ces ions « sondent » une épaisseur de matériau d’environ 1µm. Certains sont rétrodiffusés puis détectés. Un spectre d’énergie des ions rétrodiffusés est mesuré par un détecteur à l’état solide.
Résultat
Cette technique fournit des informations quantitatives sans utiliser d’étalon. La sensibilité de la technique est proportionnelle à Z2 et elle est davantage adaptée à la détection d’éléments lourds dans des matrices légères. Elle peut fournir des informations telles que des épaisseurs de couches, des compositions de matrice, des doses d’implantation et la position des atomes en cas de canalisation.
ECVP (Electrochemical Capacitance Voltage Profiling)
Expérience
La technique est dédiée à l’analyse du dopage des semiconducteurs. La surface de l’échantillon est plongée dans un électrolyte liquide avec plusieurs électrodes. La jonction semiconducteur-électrolyte a un comportement analogue à celui d’une jonction Schottky. Selon les conditions de polarisation électrique et d’éclairage, il est possible soit de graver chimiquement l’échantillon, soit de mesurer sa capacité électrique en polarisation inverse.
Résultat
Les mesures de capacité permettent de calculer le niveau de dopage à proximité de la surface. En alternant les phases de gravure et de mesure, une analyse permet d’obtenir un profil de dopage fonction de la profondeur.
FIB-TEM (Focused Ion Beam - Transmission Electron Microscopy)
La technique est dédiée à l’observation de structures telles que des circuits intégrés à des échelles submicroniques (résolution 10nm). Par faisceau d’ions focalisés (FIB) une lamelle est découpée dans la structure verticale de l’échantillon. Cette lamelle est ensuite observée par TEM. Les dimensions des structures et certaines compositions de matériaux peuvent être mesurées.