Elektronkanaliserad kontrastavbildning
Electron channeling contrast imaging ( ECCI ) är en svepelektronmikroskop (SEM) diffraktionsteknik som används för att studera materialdefekter. Dessa kan vara dislokationer eller staplingsfel som ligger nära provets yta, lågvinkla korngränser eller atomsteg. Till skillnad från användningen av transmissionselektronmikroskopi (TEM) för undersökning av dislokationer, har ECCI-metoden kallats en snabb och icke-förstörande karakteriseringsteknik
Mekanism
Ordet kanalisering i ECCI och på liknande sätt i elektronkanalmönster hänvisar till diffraktion av elektronstrålen på väg in i provet. Med tillräckligt med rumslig upplösning skulle mycket små kristallimperfektioner ändra fasen för den infallande elektronvågsfunktionen, och detta skulle i sin tur återspeglas i sannolikheten för tillbakaspridning och visa sig som kontrast (skarp förändring i tillbakaspridningsintensitet) nära en dislokation
Bakgrund
Medan vi nu talar om att ECCI är en SEM-teknik, fanns det ett betydande gap på cirka trettio år mellan förutsägelsen att defekter borde visa sig som kontrast i de bakåtspridda elektronbilderna av SEM och utvecklingen av ECCI som en tillgänglig teknik för användare av en standard SEM. Under tiden måste fältemissionspistolen (FEG) utvecklas och integreras i den kommersiella SEM för att förbättra den rumsliga upplösningen för kanaliseringstillämpningar.
Kort efter använde Wilkinson ECCI för att undersöka kluster av misspassade dislokationer som låg mer än 1 μm under ytan vid gränsytan mellan Si-Ge-lager odlade på Si. De noterade att på detta djup är den rumsliga upplösningen för låg för att lösa individuella dislokationer. De drog dock slutsatsen att osynlighetskriterier kan tillämpas på samma sätt som TEM. Dessa banbrytande ECCI-undersökningar gjordes på mycket lutande prover ( ), med sidomonterade backscattered elektron (BSE) detektorer, på samma sätt som elektronen backscatter diffraction (EBSD) inställd.
När det applicerades på metaller tenderade ECCI att användas i en konfiguration med låg lutning ( Denna uppsättning erbjuder ett antal fördelar: standard Si-dioddetektorn kan monteras på polstycket och erbjuder en stor BSE-signaluppsamlingsvinkel och interaktionsvolymen minimeras vilket ger högre rumslig upplösning. Nackdelen med denna geometri är minskningen av BSE-signalen som, för metaller, är ett mindre problem än för halvledare på grund av högre atomnummer. En omfattande översikt över tillämpningarna av ECCI för metalliska material har gjorts av Weidner och Biermann.
Från 2006 visade Trager-Cowans grupp att användning av ECCI i karakteriseringen av nitrider är en utmärkt idé. Sedan dess har ECCI använts i forescatter-geometrin för att avslöja utökade defekter och morfologiska egenskaper hos GaN-prover. Picard et al. hävdade också att identifieringskriteriet för dislokationstyp inte längre kan tillämpas på grund av ytrelaxation. Istället använde de simuleringar för att bestämma Burger-vektorerna för dislokationer, vilket lade grunden för en icke-destruktiv dislokationskarakteriseringsmetod.
Litteraturen fortsätter att kalla ECCI för en ny teknik trots att den har funnits i nästan fyrtio år. Det finns ett antal anledningar till detta, inklusive det faktum att det motstod att standardiseras så att varje grupp har sin egen metod för att skaffa ECC-bilder beroende på det studerade materialet, SEM-förmågan och tillgängliga detektorer. Olika grupper föreslog smaker av ECCI för att skilja mellan procedurer. Gutierrez-Urrutia et al. och Zaefferer och Elhami myntade termen kontrollerad ECCI (cECCI) för en ECCI med låg lutning med hjälp av kristallografisk information erhållen från EBSD-kartor förvärvade vid lutning. På liknande sätt har Mansour et al. använde ECCI med låg lutning tillsammans med högupplösta utvalda områdeskanalmönster för att karakterisera dislokationer i finkornigt Si-stål och märkte det exakt ECCI (aECCI).
