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半導體業發展向前 帶動材料分析需求 |
穿透式電子顯微鏡 (Transmission Electron Microscope, TEM) 是觀察微小結構及原子排列的最常用分析方法。隨著IC半導體 (Semiconductor) 的發展，車用鋰 (Li) 電池、量子電腦 (Quantum Computer)、第四代 III-V 族化合物半導體、二維材料如石墨烯 (Graphene) 等新材料的分析需求與日俱增，電子顯微鏡所需具備的解析度也愈來愈高。
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如何提高電子顯微鏡的解析度？ |
減少 TEM 機台的像差便是提高 TEM 解析度的方法，而造成 TEM 像差有 3 種主因：
1.散光像差 (Astigmatism)
2.色散像差 (Chromatic Aberration)
3.球面像差 (Spherical Aberration)
散光像差可藉由機台的散光像差調整功能改善，色散像差則與 TEM 的電子能量有關，目前 TEM 機台都使用場發射電子發射源，電子能量已能很均勻地改善色散像差，不過此對電子能量損失能譜（Electron Energy Loss Spectroscopy, EELS）分析有較大的幫助，對 TEM 的空間解析度並無明顯提高。因此，改善球面像差即是提高 TEM 解析度的最有效辦法。
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具備超高解析度的Cs-STEM |
球面像差修正掃描穿透式電子顯微鏡 (Spherical Aberration Corrected Scanning Transmission Electron Microscope, Cs-STEM)是因應新材料進展的分析設備。使用球面像差修正的 TEM，可以提高機台的空間解析度。TEM 搭配掃描 (Scanning) 功能，即稱為掃描穿透式電子顯微鏡 (Scanning Transmission Electron Microscope, STEM)。STEM 搭配 X 射線能量散布分析儀 (Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy, EDS) 及 EELS，可以實現高空間解析度的成份分析。
閎康科技以材料分析起家，發展至擁有 MA (Material Analysis)、FA (Failure Analysis)、RA (Reliability Analysis)、SA (Surface Analysis)、CA (Chemical Analysis) 等技術的世界一流分析實驗室，為了服務工業界、研究單位及學術界，特別引進了 Cs-STEM 的機台及技術來服務客戶。
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Cs-STEM的應用 |
閎康科技的 Cs-STEM 分析技術，根據不同待測材料及客戶需求持續發展中，以下將舉三個例子來作說明。
圖１為發光二極體 III-V 族的半導體材料結構，高空間解析度可以分辨 Ga 原子以及 N 原子的排列，得知各原子的位置後，即可計算排列的間距及角度，並推算出 GaN 材料的結晶結構。在一般沒有球面像差修正的 TEM，Ga 及 N 原子的排列位置是分不出來的。另外，Cs-STEM 配合 EDX 功能，還能進行高解析的 EDX 成份分析。
 圖1 發光二極體 III-V 族的半導體材料結構。 |
目前碳化矽材料常用於高功率元件，對於車用電子來說是很熱門的材料。碳化矽的晶體結構複雜，主要可分為兩種：
1.立方 (Cubic)，又稱 β-SiC 或 3C-SiC。
2.六方 (Hexagonal)，又稱 α-SiC。
文獻中已發表過超過 200 種以上的六方晶相，其中較常見的結構為 2H、4H、6H 及 15R 等。圖2即是利用 Cs-STEM 觀察到 4H-SiC 的原子排列結構，其觀察方向（垂直螢幕方向）為 <11-20> 方向。
 圖2 4H-SiC 材料的原子排列結構。 |
圖3為車用鋰電池材料的分析，鋰電池材料中的 Li 成份無法使用 EDX 來分析，但可使用 EELS 來鑑別。Cs-STEM 搭配 EELS 功能，不但可以同時觀察 Li/Mn/O 等主要材料分佈，還能同步藉由 EELS 的光譜功能，觀察到 Li 元素的能量損失光譜，亦即分析 Li 的原子鍵結狀態。
 圖3 以 Cs-STEM 搭配 EELS 功能，分析車用鋰電池材料。 |
閎康科技的 Neo ARM TEM 機台，不僅配備球面像差修正、擁有超高解析的影像，還具備 EELS 功能，能更貼近客戶們的檢測需求，為結構分析實驗室增添更多分析能量，持續在檢測領域扮演領頭羊的角色。
