[发明专利]一种纳米分辨率的应变测试设备及方法

说明书

本发明公开了一种纳米分辨率的应变测试设备及方法，其包括测试腔、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；探测器和信号放大器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。

技术领域

本发明涉及一种应变测试设备及方法，具体涉及高精度的应变测试设备及方法，用于半导体材料测试。

背景技术

固体或薄膜材料中的应变的测试，一般采用以下三种方式测试：1)利用XRD测量得到的晶格常数变化来估算应变的大小；2)根据Raman光谱的频移计算的应变；3)利用HRTEM测量原子晶格间距变化来计算应变。采用XRD或拉曼光谱测量晶格常数来估算应变，由于光波难以聚焦以及光斑一般为微米或在亚微米量级，难以实现纳米级别的分辨率测试；且测试条件要求较多，如拉曼光谱必须避开荧光、必须采用显微镜将光斑聚焦在样品表面等问题，导致难以进行动态的应变测试。而采用HRTEM的测试原子的晶格间距方法，必须对样品进行研磨处理，适用性较差，无法进行实时动态测试，而且研磨处理过程中亦会导致应变产生变化，无法精确至纳米级别的精细测试。

由于原子的能级轨道按主量子数n由低到高表示为K(n＝1)、L(n＝2)、M(n＝3)、N(n＝4)。常见的俄歇电子跃迁类型为KLL型，即芯态空穴在K能级，而跃迁和逃逸电子在同一较高主量子数能级L的不同轨道上。对于有价电子参与的俄歇电子谱可称之为价电子能带俄歇电子谱，用C标记芯态能级，V标记价态能级，一般情况下，价电子能带俄歇电子谱通常有CCV和CVV。因此，对于常用的KLL型的俄歇电子跃迁，对于有价电子参与的俄歇电子谱可标记为KVV。KVV的俄歇电子谱的能量变化与材料的应变呈线性关系，以氮化物半导体为例，其关系如图2所示，因此，可以通过俄歇电子谱的能量变化来测试材料的应变。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种纳米分辨率的应变测试设备及方法，其能够实时可靠的待测样品的动态应变值，适用于纳米材料的精细结构的动态应变测试。

为了达到上述目的，本发明公开的一种纳米分辨率的应变测试设备采用以下技术方案予以实现：

一种纳米分辨率的应变测试设备，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。探针可以在现有直线驱动机构的基础上进行实现朝向和远离所述样品表面移动；移动马达为XY二维驱动机构的驱动电机，二维驱动机构可以采用现有技术的十字滑台等基于丝杠螺母运动原理的平移机构。

第一旋转轨道和第二旋转轨道均为圆弧形的轨道，且轨道上设置用于驱动电子枪和离子枪沿着轨道旋转的动力组件；沿着轨道旋转可以采用车轮的行走轮的驱动结构；离子枪和电子枪的枪头位于测试腔内；