[发明专利]原子探针、原子探针样本和相关方法

说明书

相关申请的对照

本申请要求2005年8月16日递交的、题为“ATOM PROBE，ATOMPROBE SPECIMENS，AND ASSOCIATED METHODS”的美国临时专利申请No.60/709,058的优先权，并将其全部内容一并在此作为参考。

技术领域

本发明的实施例涉及原子探针、原子探针样本和相关方法。

背景技术

原子探针(例如，原子探针显微镜)是一种可以在原子级别上分析样本的设备。例如，典型的原子探针包括样本台、电极和检测器。在分析期间，样本由样本台承载，并且向样本施加正电荷(例如，基线电压)。电极位于样本和检测器之间，并且接地或被负充电。间歇地向样本施加正电脉冲(高于基线电压)和/或激光脉冲(例如，光子能量)。可选地，可以向电极施加负脉冲。间断性地(例如，每次100个脉冲)在样本尖端附近电离单个原子。

电离原子从表面分离或蒸发，通过电极中的孔径，并撞击检测器的表面。电离原子的身份可通过测量该原子在样本表面和检测器之间的飞行时间来确定，该时间是基于电离原子的质荷比(mass-to-chargeratio)而变化的。电离原子在样本表面上的位置可以通过测量原子在检测器上撞击的位置来确定。因此，随着样本蒸发，可以构建样本组成的三维图。

通常，在希望分析原子探针中的块状材料时，必须从块状材料中拿出一部分材料，并使之形成为具有尖锐尖端(例如，100纳米的尖端半径)的针状或小尖端阵列。这些传统的原子探针的样本适用于与从样本蒸发出的电离原子有关的很高浓度的电场。这些针状样本典型地具有100微米或更大的长度。形成这些针状样本的过程是劳动强度很大的过程，并且花费相当多的时间。一旦形成了样本，则通常将样本放置在原子探针中并进行分析。

发明内容

本发明大体上涉及原子探针、原子探针的样本和相关方法。本发明的一个方面涉及一种准备样本的一部分以用于在原子探针中进行分析的方法，包括：将具有表面的样本放置在原子探针中，以及选择所述表面上的感兴趣区域。所述表面具有与感兴趣区域的至少一部分邻接的邻接区域。该方法还包括在样本位于原子探针中时移动邻接区域中的一部分材料，以使感兴趣区域的至少一部分相对于邻接区域的至少一部分突出。

本发明的另一方面涉及一种分析样本的一部分的方法，包括：将具有表面的样本放置在原子探针中，以及选择表面上的感兴趣区域。该表面具有与感兴趣区域的至少一部分邻接的邻接区域。该方法还包括：在样本位于原子探针中时移动邻接区域中的一部分材料，以使感兴趣区域的至少一部分相对于邻接区域的至少一部分突出。该方法还包括启动原子探针的蒸发过程来分析一部分感兴趣区域。

本发明的另一方面涉及一种在原子探针探测过程中施加光子能量的方法，包括：将样本放置在原子探针的分析室中，以及向样本的至少一部分施加偏置能量。该方法还包括：使用光子设备，通过使至少一个光子能量脉冲通过透镜系统，向样本的至少一部分施加所述至少一个光子能量脉冲。所述透镜系统与所述光子设备分离且与所述光子设备隔开。

本发明的另一方面涉及一种使用光子能量的原子探针系统，包括：样本台，被配置用于承载样本。该系统还包括：检测器，被配置用于检测在原子探针蒸发过程期间从样本蒸发出的离子；以及光子设备，被配置用于在原子探针蒸发过程期间向样本提供至少一个光子能量脉冲。该系统还包括与光子设备分离并且与该光子设备隔开的透镜系统。定位该系统，使得当样本台承载样本时，通过透镜系统，向样本提供至少一个光子能量脉冲。

本发明的另一方面涉及一种在原子探针探测过程中施加光子能量的方法，包括：将样本放置在原子探针的分析室中。该方法还包括向样本的至少一部分施加偏置能量。该方法还包括：通过从电极的外表面反射光子能量脉冲，向样本的至少一部分施加光子能量脉冲。

本发明的另一方面涉及一种使用光子能量的原子探针系统，包括：样本台，被配置用于承载样本。该系统还包括：检测器，被配置用于检测在原子探针蒸发过程期间从样本蒸发出的离子；以及光子设备，被配置用于在原子探针蒸发过程期间向样本提供至少一个光子能量脉冲。该系统还包括邻近样本台放置的电极。该电极具有内表面和外表面。所述外表面被配置用于反射所述至少一个光子能量脉冲。定位所述电极，使得当样本台承载样本时，所述外表面将光子设备所提供的所述至少一个光子能量脉冲反射到样本上。