TEM-EDS/EELS｜透過型電子顕微鏡・元素分析
分析概略
TEM/STEMを用いた元素分析です。EDS（Energy Dispersive X-ray Spectroscopy：ネルギー分散型X線分光法）は比較的重元素の測定に向いており、EELS（Electron Energy Loss Spectroscopy：電子エネルギー損失分光分法）は比較的軽元素の分析に向いています。更にEELSでは状態分析も可能です。
対象分野
半導体・エレクトロニクス・自動車・航空宇宙・鉄鋼・先端材料・エネルギー・メディカルデバイス
対象試料の事例
- Ⅲ-Ⅴ・GaN系薄膜・ デバイスの断面構造観察及び元素分析
- Si系薄膜・ デバイスの断面構造観察及び元素分析
- その他各種固体材料の元素分析
- 燃料電池触媒の元素分析
- 有機EL素子等、有機デバイスの元素分析
原理/特徴
ESDは試料に電子線が照射された際に発生した特性X線の電子エネルギーから元素と濃度を分析する手法です。その一方、EELSは試料に電子線を照射し、非弾性散乱によるエネルギー損失を計測する分析方法。また、EELSではEDSでは分析できない状態分析が行えるのが特徴です。
- 元素分析（ポイント、ライン、マッピング分析）
- 元素像の高分解能マッピング
- 状態分析（EELS）
比較：EDSとEELS
| 比較項目 | EDS | EELS |
| 対象元素 | B以上 | H以上 |
| 検出下限 | %オーダー | |
| エネルギー分解能 | 130ev前後 | 1ev以下 |
| 空間分解能 | わずかにEELSが優れている（～1nm） | |
| 特徴 |
比較的重元素が得意 不明確な元素同定向き |
比較的軽元素が得意 状態分析が可能 |
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分析事例
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Fin FET構造 Gate cut TEM薄片のEELS元素マッピング分析 元素マッピングからHigh-kゲート絶縁膜のHfO2・バリア層のTiN・ソース・ドレイン下層の高濃度Ge層を確認することが可能。 |
Fin FET構造 Gate cut TEMラメラのEELS 元素の結合状態分析 EELSスペクトルよりTiSiとTiNの結合状態の分離が可能。TiSiとTiNを分離したマッピング分析では、Co電極・TiNバリア層・TiSi層の状態を確認可能。 |
22nm Fin FET構造のTEM/EELS元素マッピング分析 高分解能観察ではFin FET構造をSi原子が確認可能なナノメータースケールで評価可能。さらにEELS元素マッピングを行うことでHigh-kゲート絶縁膜のHfO2・バリア層のTiNなどデバイス構造を詳細に確認可能。 |
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High-kメタルゲート試料のEELS 元素の結合状態分析 EELSを用いたライン分析の結果、スペクトルからAlTiO・AlTi及びTiNの結合状態の分離が可能。 |
EELSとEDSの比較： 不特定元素の評価にはEDSを用いた解析が適しているが、一方、ナノスケールの微細Siデバイス評価ではEELSを用いることでより明確に構造を解析することが可能。 |
EELSとEDSの比較： 原子スケールによるEDSとEELSを併用することでEDSではSrとFeを、EELSではOの原子位置を明確に特定することが可能。 |
