表面結構量測分析

誘發表面結構後，能夠量取相關資訊的只有SEM或AFM等觀察微 小結構的顯微儀。

3.2.1 掃描式電子顯微鏡(SEM)

掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy，SEM)是利用 電子槍射出的電子束，經過可變焦的聚光透鏡和物鏡聚焦成很細的高 能電子束，在掃描線圈的控制下，對樣品的表面進行掃描。電子束與 樣品表層物質相互作用，即電子彈性碰撞與非彈性碰撞之效果，其作 用產生各種訊號如：二次電子、背向散射電子、吸收電子、透射電子、

X射線及陰極螢光。SEM主要是利用探測器接收二次電子訊號來成像，

其次是背向散射電子及吸收電子。信息將經過視訊放大器放大來調製 亮度，其中二次電子是傳導能帶的電子被電子束擊出，電子的能量約 小於50 eV，此為低能量電子，只有距離樣品表面約5~50 nm深度範圍 內所產生之二次電子，才會被偵測到，而二次電子的數量受到樣品表 面起伏狀況影響，在影像上顏色較深是二次電子散射量少的區域，可 能是凹陷的地貌，而顏色較明亮的是隆起的地貌，故以此來觀察誘發 的表面結構。另外，電子束在高真空的情況下方能運作，且SEM的樣 品需要表面導電性良好，能排除電荷，即無揮發性或並非粉末等條件。

SEM的空間解析能力在橫向上約5 nm，縱向上約5~50 nm，足以解析 飛秒雷射誘發產生的週期性表面結構。圖3-10是掃描式電子顯微鏡的 基本構造圖，在本實驗中使用JEOL JSM-7000F及HITACHI S-3000H。

圖3-10 掃描式電子顯微鏡的基本構造圖

3.2.2 能量散佈光譜儀(EDS)

能量散佈光譜儀(Energy Dispersive Spectrometer，EDS)是一種 利用X光的微分析技術，在本實驗中，EDS系統是建立在SEM系統中，

當SEM產生的電子束撞擊樣品產生二次電子時，在電子軌道留下許多 電洞，若這些電洞是屬於內層軌域，為了使原子穩定，外層軌道電子 會躍遷至內層軌域並將多餘的能量以X光(又稱特徵X光)的形式放射出 來，不同元素所產生的X光能量不同，且電子在不同軌道間躍遷發出的 X光能量也不同，例如鐵原子L層的軌道電子躍遷至K層電洞，會放出 6400 eV的Kα X光，而鐵原子M層的軌道電子躍入K層電洞，會放出7057 eV的Kβ X光，藉由偵測X光的能量來定性與定量分析樣品的成分，其解 析度約100~200 eV。因為是依靠SEM的電子束產生X光，所以SEM掃 描的範圍即為EDS量測範圍，其分析最小點直徑達0.5 μm，但是深度 決定於材料種類與電子束的加速電壓，分析深度由0.5 μm至數微米。

所以在分析薄膜特性的時候，也會偵測到基板的元素成分。

圖3-11 EDS示意圖