EELS 電子エネルギー損失スペクトル

電子エネルギー損失分光法（EELS）是透過型電子顕微鏡（TEM）に搭載された高次成分分析検出器であり、高エネルギー電子ビームが試料を透過する際、材料原子中の電子と相互作用する非弾性散乱（Inelastic Scattering）、入射電子が特定のエネルギー損失を生じる原因となる。

電子ビームが材料中の原子と作用すると、励起される可能性があります。内層電子（Core Electrons）或価電子（Valence Electrons）電子ビームが対応するエネルギーを失わせることで、これらの電子エネルギー損失の分布を測定・分析することにより、ナノさらには原子スケールでの材料に関する重要な情報を得ることができる。これには元素の種類、化学結合状態、電子構造およびバンド構造等。

また、EELSは結合することもできますEnergy Filtered TEM（EFTEM、エネルギーフィルター像）技術、特定のエネルギー範囲の電子を選択して画像を形成することで、画像のコントラストを効果的に向上させ、試料中の特定の元素や化学状態の空間分布を観察するために使用され、材料の成分と構造の解析能力が大幅に向上します。

EELSスペクトルでは、通常2つの主要な分析領域に分けられます：

電子顕微鏡による材料分析において、電子エネルギー損失分光法（EELS）とエネルギー散乱X線分光法（EDS / EDX）は、いずれも一般的に使用される元素分析技術であり、TEMまたはSEMと組み合わせて材料成分分析を行うことができますが、その分析原理と適用シチュエーションには違いがあります。実務上、これら2つの技術は通常相補的に使用する、より完全な材料情報を得るために。

EDS は主に電子ビームで試料を励起した際に生じる特性 X線材料中の元素組成を判断するため、材料中に存在する元素の種類と分布を迅速に識別するのに非常に適しています。一方、EELSは電子が試料を透過した後に生成されるものを測定します。エネルギー損失信号元素情報の他に、さらに解析することができる。化学結合、酸化状態と電子構造など、より詳細な材料特性を解析できます。

さらに、EELSはエネルギー分解能とナノスケール分析能力において優れた特性を持ち、そのエネルギー分解能は達することができます。約 1 eV 或更低、EDSでは識別が難しい元素信号の重複問題を効果的に区別できる。例えば、半導体材料において一般的な元素信号の干渉。

実際の材料分析において、EELSとEDSは通常、併用する例えば半導体材料やナノ材料の分析において、EDS材料中の元素組成を迅速に確認できます。EELS元素の化学状態と電子構造をさらに解析でき、二つの技術の統合分析を通じて、材料をより完全に理解することができる。元素の組成、化学結合とナノスケールの構造特性先端半導体プロセスとナノ材料研究において重要な価値があります。

MA-tekは完全なTEM / STEM / EELS 統合分析プラットフォーム、先進材料と半導体プロセス構造に対してナノスケールの元素と化学結合分析を行うことができます。高エネルギー分解能分析システムと専門的なデータ解析能力を通じて、材料中の詳細な解析が可能です。元素分布、化学結合状態と電子構造、高い信頼性のある材料の微視的構造情報を提供し、EELS分析はナノ材料研究において非常に高い価値を持っています。なぜなら、それを備えているからです。高エネルギー分解能、高空間分解能および低原子番号元素に対する高感度、炭素、窒素、酸素などの元素の分布や化学状態を分析し、ナノスケールで正確な元素マッピングと化学結合の解釈を行うことができるMA-tekは、STEM-EELS スキャン分析とエネルギーフィルタリングTEM技術材料のナノスケールでの成分と電子構造の分布を確立し、先進的な半導体プロセス材料やナノ材料の研究に応用できる。

図｜エネルギーフィルタリングTEM

 

エネルギーフィルタリングイメージングによる材料構造の違いの観察

エネルギーフィルタリングTEM技術を利用して、異なるエネルギー範囲の電子信号を選択することで、材料構造のコントラスト変化を観察できます。異なるエネルギーフィルタリング条件下では、材料内部の構造と元素分布が異なる画像特徴を示します。

図｜近辺エッジ微細構造（ELNES）

 

化学結合と酸化状態の分析

利用 EELS のNear Edge Fine Structure（ELNES）分析できる異なる化学結合状態を識別し、図には16nm半導体プロセスのFinFETゲート酸化膜の酸素元素のエネルギースペクトルの違いが示されており、これにより異なる酸化物材料を区別する。

図｜STEM-EELSラインスキャン

 

ナノスケール元素分布分析

STEMスキャンとEELSエネルギー分光分析を組み合わせることで、指定された経路に沿ってラインスキャンを行い、材料中の元素濃度のナノスケール変化を取得できます。これは、半導体の低誘電材料や多層薄膜材料の分析に一般的に使用されます。