電子チャネリング強化マイクロ分析による結晶材料における機能的ドーパント/点欠陥の定量的原子部位解析

1. サンプル前処理 TEM用薄膜調製 金属材料の電気研磨、半導体やセラミックス用のイオン粉砕、HARECXSの場合は通常100〜200nm未満、〜1μmの面積にわたって均一に平坦な標準的な透過型電子顕微鏡(TEM)サンプル調製技術を用いて、本分析方法のサンプルを調製する。一般的に、HARECES用のシンナー(50-100 nm)サンプルを用意します。 TEM へのサンプルマウント 二重傾きTEMサンプルホルダーに作られた薄膜を取り付け、続いてスキャニングモードとEDX検出器を搭載したTEMにホルダーを挿入する(図1)。 2. TEM動作(ビームロッキングオプション付きJEM2100 STEMに固有) ビームロッキングのためのTEMアライメント TEM 操作を開始します。ルーチンの TEM ビームアライメント手順の後、TEM コントロールモニターの ASID ウィンドウで添付ファイルスキャンイメージ表示(ASID)をチェックして、STEM モードに進みます (TCM、図 1、図 2)。 光軸の位置合わせ TCM の ASID ウィンドウで[ ロッキング ]ボタンをクリックし、シンプル イメージ ビューア(SIV)の スポット ボタンをクリックして、ビームロッキングを停止します (図 2)。ビューのフィールドからサンプルを削除します。 [マグ増分/デクリメント ]ボタンをクリックして、ビームロッキング範囲を±2°より小さく設定します。 左操作パネルの 明るさ ノブ(LOP: 図3)を時計回りに回し、右操作パネルの OBJ FOCUS COARSE ノブ(ROP: 図3)を左回りに回し、焦点不足の状態に反時計回りに回します:腐食性スポット(図4)が蛍光表示画面に表示されます。 ブライトチルトファンクションキー(LOP)を押し、DEF/STIG X/Yノブ(L/ROP)を使用して、コースティックスポットを蛍光スクリーンの中央に移動します。 標準フォーカスボタン(ROP)を押し、ブライトネスノブを反時計回りに回して、蛍光スクリーンに代替のコースティックスポットが表示されるようにします。 F3ファンクションキー(ROP)を押し(またはTCMの「メンテナンス用アライメントパネル」ウィンドウのスポットボタンをクリック)、DEF/STIG X/Yノブのペアを使用してビームスポットを中央に移動します。 ステップ 2.2.2 と 2.2.4 でレンズ条件が切り替わった場合でも、ビーム位置が中心に留まるまで、ステップ 2.2.2~2.2.5 を繰り返します。 入射ビームのコリメーションとその基点の設定 2 本のネジで手動で調整した位置で、開口ノブを時計回りに回すことで、光軸の中心にある 3 番目に大きいコンデンサ絞りを導入します(図 1)。次に、コンド STIGキーをオンにしたDEF/STIGノブを使用して、両方の方法でブライトネスノブを回して、重線状の焦点を合わせるように、コンデンサ レンズスティグターを調整します。 HT WOBB キー(ROP)を押し、 明るいチルト ノブを調整して、加速度電圧の変化に伴うビームサイズの変動を最小限に抑えます。このプロセスでは、ビーム収束角度を最小に調整します。HT ウォブラー を停止するには、もう一度 HT WOBB キーを押します。 メンテナンスモードを有効にします(製造元のマニュアルを参照)。TCM の[スキャン/フォーカス] ウィンドウ→メニュー バー→ [スキャン/ フォーカス] ウィンドウから [JEOL]を選択します。次に、Corボタンをクリックし、SIV のイメージ コントロール パネルでスポットの代わりにスキャンボタンをクリックします。 ビームロッキングでビームシフトを最小限に抑えるには 、DEF/STIG ノブのペアを調整し、続いて OBJ FOCUS FINE ノブを少し反時計回りに回します。最後に、Zコントロールキー(ROP)を使用してサンプルとピボットポイントの高さを一致させ、サンプルが蛍光スクリーンに焦点を当てるようにします。 試料の電子チャネリングパターンを得るための最終ビームアライメント 目的のサンプル領域を中央に戻し、SIV ウィンドウの スキャン ボタンをクリックしてビーム ロッキングを開始します。手動で環状暗視野(ADF)検出器シリンダー(図1)を時計回りに回し、検出器を挿入します。 ADF検出器の位置を、PLAキーをオンにしてDEF/STIGノブのペアを調整して、ビーム位置の中央に設定します(LOP:図3)。ASIDウィンドウのイメージ選択メニューのSTEI-DFボタンを確認し、SIVウィンドウのSTEMモニタに電子チャネリング パターン(ECP)が表示されている。ECP を最適に表示するには、ASIDウィンドウの明るさ/コントラストを調整します。明るさノブを少し回して、ECPのコントラストが最も鮮明に表示されます。 EDXによるヘアクスのデータ取得 ビームロッキングモードでSTEMを操作することにより、図5に示すように、Xおよびy方向のビーム傾斜角度と表示元素強度分布の関数として、従来のスペクトル画像法(図5のスペクトルイメージング関数を使用)に従ってEDXスペクトルを収集する。注: 強度分布パターンは、イオン化チャネリング パターン(ICP)と呼ばれます。 図 5のライン スキャン機能を使用して、1D の傾き測定で、系統的な反射の行を測定します。図 5の左上のパネルに示すように、ECP プレビューに黄色の矢印が表示され、測定範囲を指定します。ISP に対して十分なデータ統計が得られた場合に、測定を停止します。 3. 定量化のためのデータ分析 ホスト元素i,12のX線強度Iiの関数として、不純物Xに対する発現X線強度I x  どこ注:ここで、fixはi型ホスト部位上の不純物xの分数占有率であり、cxは不純物xの濃度であり、niはタイプxの不純物原子を調節する前の全ホスト部位の中のタイプiホスト要素の分数濃度である。kiは、i型ホスト要素の k 係数です。x の追加定数オフセットβは、インタラクションのローカリゼーション解除とバックグラウンドの減算の誤差の違いを考慮した追加の適合パラメータとして導入されました。α ixは、ICP X線強度の多くのサンプリングポイントに対する多変量線形回帰によってEq.(1)から導き出すことができます。 条件 Σ i fix = 1 を12として使用してcxおよびfixを派生させる複数の不純物に対する cx および fix の不確実性は、エラー伝播原理から容易に導き出されます。そしてここでδ α ixは、Eqからの線形回帰で得られた統計的誤差である(1)。