3次元アトムプローブ〔3DAP(APT)〕3 Dimensional Atom Probe (Atom Probe Tomography)

3次元アトムプローブ(3DAP)は微小領域において原子レベルの空間分解能と高い検出感度を有することから、鉄鋼などの金属結晶粒界における微量元素分布や、半導体などの薄膜積層膜の界面評価に適した分析手法です。

原理

先端径100nm程度の先鋭な針状試料に10kV程度の正電圧を掛けると試料最先端で高電界となり、電界蒸発(試料表面の中性原子が正イオン化し表面から脱離する)現象が発生します。電界蒸発したイオンは2次元検出器により原子配列が特定されます。また、検出器に到達するまでの飛行時間からイオン種も同定されます。このようにして個々に検出されたイオンを深さ方向へ連続的に検出し、検出された順番にイオンを並べる(データ再構築する)ことで、3次元の原子分布が得られます。

3次元アトムプローブ(3DAP) の原理図
3DAPの基本原理図

特徴

試料の元素情報と3次元構造を原子レベルで解析できる手法で二次イオン質量分析(SIMS)並みの感度と透過電子顕微鏡(TEM)並みの空間分解能をもつ3次元解析手法です。また、得られたデータにおいて任意領域の抽出・解析が可能で、お客様のご要望に合わせ多くの解析データをご提供します。

3DAP・SIMS・TEMにおける特徴

3DAP SIMS TEM
3次元イメージ 限定的 限定的
空間分解能 x,y 0.5nm 1µm〜 0.2nm
z 0.2nm 0.3nm 0.2nm
検出感度 100ppm〜 1ppb〜 1000ppm〜
検出限界 atoms/cm3 5×1018 5×1013 5×1019

3DAP(APT): 3 Dimensional Atom Probe (Atom Probe Tomography)
(3次元アトムプローブ)

SIMS: Secondary Ion Mass Spectrometry (二次イオン質量分析)

TEM: Transmission Electron Microscope (透過電子顕微鏡)

事例

  • ステンレス鋼中における微量Cuの析出
  • 永久磁石(NdFeB,SmCo系)などの結晶粒界における組成分析
  • 太陽電池セル部の組成分析
  • ハードディスク用磁気ヘッドの薄膜組成分析
  • GaN系LEDにおける量子井戸層(MQW)中のIn組成分布
  • 半導体CMOSデバイスにおける拡散層不純物の3次元分布
  • メタルゲートHigh-K絶縁膜中の濃度プロファイル
  • 蛍光体1粒子(絶縁体)の組成分析

NdFeB永久磁石の粒界における元素分布B, Fe, Cu, Nd
NdFeB永久磁石の粒界における元素分布

関連情報

[更新日:2018/07/12]

Three-dimensional atom probe (3DAP) / English

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