[发明专利]一种纳米分辨率的应变测试设备及方法

权利要求书

1.一种纳米分辨率的应变测试设备，其特征在于：包括测试腔、样品台、样品台下的温度磁场控制装置、移动马达、放置于样品台上的待测样品、设置在样品上方的第一探针和第二探针、设置在样品侧壁或截面的第三探针和第四探针、具有多重聚焦电子束的电子枪及控制电子枪旋转的第一旋转轨道、X射线枪、离子枪及控制离子枪旋转的第二旋转轨道；

所述测试腔收集的俄歇电子谱依次通过电子转移透镜、半球型电子能量分析器、沟道电子乘数器传输至探测器和信号放大器，再通过俄歇应变算法模块和计算输出系统实时输出样品的动态应变值ε；

所述样品台、温度磁场控制装置、样品、第一探针、第二探针、第三探针、第四探针、电子枪、移动马达和离子枪位于测试腔内；所述第一旋转轨道、第二旋转轨道位于测试腔外部；

所述第一旋转轨道可控制电子枪旋转角度为θ；且0°≤θ≤90°；第二旋转轨道可控制离子枪旋转角度为α；且-45°≤α≤45°；所述俄歇应变算法模块通过俄歇应变算法ε＝a×(κ-κ₀)-b＝a×Δκ-b进行计算且通过所述计算输出系统进行显示和输出样品的动态应变值ε，其中κ为俄歇电子谱KVV峰的能量，κ₀为无应变的样品的俄歇电子谱KVV峰的能量，a和b为任意自然数值；俄歇电子谱测试时的电子束为低能电子束，其能量为0～50keV，通过多重聚焦电子束的电子枪将电子束光斑控制在5nm以下，多重聚焦电子束的电子枪包含至少1组的分光透镜、至少1组偏振透镜和至少1组的聚焦透镜组成；俄歇电子的空间分辨率在5nm以下，深度的分辨率在5nm以下。

2.如权利要求1所述的一种纳米分辨率的应变测试设备，其特征在于：俄歇应变算法ε＝a×(κ-κ₀)-b的a和b为任意自然数值，对于氮物化半导体，a＝1.1091±0.5，b＝7.6364±0.5；所述电子枪的旋转角度为测试位置与法线的夹角，当测试样品正面时，可旋转电子枪的角度θ1为0°≤θ1≤45°，当测试其样品的侧面时，可旋转电子枪的角度θ2为45°≤θ2≤90°。

3.如权利要求1所述的一种纳米分辨率的应变测试设备，其特征在于：所述第一探针、第二探针、第三探针和第四探针的探针输入的偏压V为±500V范围；所述温度磁场控制装置控制样品的温度为5K～2000K，磁场为±50T范围，测试每个温度或磁场值状态下的俄歇电子谱的KVV峰的能量变化值Δκ；样品台下的移动马达驱动样品台移动后实现移动样品的X/Y轴步进坐标；所述测试腔内还设置有X射线枪；所述离子枪可加大能量至100keV以上，调整离子枪的离子束的角度为α，且0°≤α≤45°时，剥离样品的不同结构层。

4.一种纳米分辨率的应变测试方法，其采用如权利要求1～3任一所述的一种纳米分辨率的应变测试设备执行以下步骤：

(1)将样品传进测试腔；

当测试样品正面的应变时，旋转离子枪至角度α，0°≤α≤45°，清洁样品的表面的污染物和杂质；然后，旋转电子枪旋转角度为θ1，0°≤θ1≤45°范围激发样品的俄歇电子谱，将测试收集的俄歇电子谱信息通过电子转移透镜、半球型电子能量分析器、沟道电子乘数器传输至探测器和信号放大器，测得俄歇电子谱KVV峰的能量κ；

当测试样品的侧面或截面的应变时，旋转离子枪旋转角度为α，-45°≤α≤0°，清洁样品的侧壁或截面的污染物和杂质；然后，旋转电子枪至角度45°≤θ2≤90°范围；然后；激发样品的俄歇电子谱，将测试收集的俄歇电子谱信息通过电子转移透镜、半球型电子能量分析器、沟道电子乘数器传输至探测器和信号放大器，测得俄歇电子谱KVV峰的能量κ；

(2)将样品进行剥离出自支撑无应力的样品薄膜或生长完全弛豫无应力的样品，样品厚度>2um的异质外延厚膜或同质外延薄膜；传进测试腔，旋转电子枪至角度0°≤θ1≤45°范围，激发样品的俄歇电子谱，将测试收集的俄歇电子谱信息通过电子转移透镜、半球型电子能量分析器、沟道电子乘数器传输至探测器和信号放大器，测得无应变的样品的俄歇电子谱KVV峰的能量κ₀；

(3)将测试样品及其无应变状态下的俄歇电子谱的KVV峰的能量κ和κ₀，通过俄歇应变算法ε＝a×(κ-κ₀)-b和计算输出系统，实时输出样品的动态应变值ε。