该技术依赖于样品表面上单个原子/原子簇的电离和随后的场蒸发。 将样品制成圆锥形尖端的形式，其顶点半径<100nm。 场蒸发的发生是由于基本直流电压偏置（通常在1-10kV之间）和脉冲电压（导电样品）或脉冲激光（半导体和绝缘样品）引起的。还可以将样品低温冷却至25-80K之间，以抑制热晶格振动并改善空间定位。

2D映射（设备级别）：用于提供有关设备结构的信息并与其他技术关联。

场蒸发离子被收集到位置敏感检测器（PSD）上，以准确识别x和y位置。 所收集的离子序列用于z位置。x，y和z一起提供了样品尖端的空间成像。 还测量离子的飞行时间，并将其转换为质荷比以进行化学成分测量。 空间分辨率的深度最大为0.3 nm，横向最大为0.5 nm，仅限于金属样本。 半导体和绝缘样品的分辨率较低，通常最多约为1 nm。 原子探针断层扫描APT的化学敏感性为10 ppm。

根据材料类型，分析区域在 x 和 y 方向为 ~ 30-50 nm，在 z 方向为 100-500 nm，该技术对于存在 [a] 3D 结构/掩埋界面，[b] 低的情况特别有用存在原子序数 (Z) 元素，无论是作为掺杂剂还是在本体中，[c] 纳米级簇是结构的一部分。 虽然原子探针断层扫描APT不提供与 SIMS （二次离子质谱法），它可以识别3D结构中的元素，而SIMS则无法实现。 它还提供了比 TEM/STEM （扫描/透射电子显微镜）相关技术，例如 EDX （能量色散X射线光谱）和 EELS （电子能量损失谱）。

Nanolab的LEAP 5000XR是最新的仪器功能，与旧版仪器相比，具有最高的检测器效率，更高的信噪比以及更大的捕获和分析体积。 这些功能可以捕获3D中无法使用其他技术进行测量的低浓度元素。

APT理想用途

• ◆ 3D结构分析，例如FinFET，PMOS覆盖层，3D NAND，光伏中的弯曲或不均匀晶界。

• ◆ 纳米级沉淀物和基体分析，用于成分和化学识别，例如金属合金（Al 7075，形状记忆，Ti）。

• ◆ 轻元素分析 — Be、B、Li、C 和 Al，例如锂离子电池。

• ◆ 用于LED，finfet，2D NAND存储器和锂离子电池表面涂层的2D和3D低浓度掺杂剂。

APT分析类型

• 元素图：

• 观察材料/设备中单个化学物质的同质性/异质性和 2D 或 3D 位置是原子探针断层扫描分析的一个重要方面。 通常 2D 地图和 3D 电影用于此分析。

• 成分变化：

• 原子探针断层扫描APT提供了多种方法来分析成分，例如基于深度或浓度的线轮廓，曲线图和等浓度曲面。

• 聚类分析：

• 原子探针断层扫描APT非常适合分析矩阵中元素的纳米级（1-10 nm）簇。可以使用APT分析任何形状和大小的单个群集的群集大小和组成。对于大量的簇，可以进行进一步的定量分析。

• 掺杂物识别和组成：

• 识别3D中的掺杂剂位置，其化学成分和数量密度（直到〜10 ppm或5E18原子/ cm3，最好的情况下）可以使用原子探针断层扫描APT获得。

• 相关研究：

• STEM，EBIC，EBSD，电子断层扫描和SIMS都是常规用于辅助3D原子探针断层扫描APT数据解释的技术。

• 具体区域分析：

• 根据客户要求，可以使用不同分析的组合来更好地了解特定区域。

APT优势强项

• ◆ 小体积掺杂物映射。

• ◆ 轻元素（例如Li和B）的检测和映射。

• ◆ 识别同位素的能力。

• ◆ 所有元素的检测概率均等（HU）。

• ◆ 纳米级沉淀物的聚类分析。

• ◆ 高质量分辨率，可识别样品中存在的各种元素。

APT缺点限制

• ◆ 大量的样品制备时间（4-6小时）。

• ◆ 采样量小。

• ◆ 由于某些材料在高电场中可能不稳定，因此数据采集的收率低。

• ◆ 需要针对每种材料类型和结构获得优化的参数。

• ◆ 对于某些包含质谱重叠的不同元素的情况，定量准确性低。

• ◆ 由于轨迹像差，异质结或复杂几何形状可能会限制空间分辨率和合成精度。

APT技术规格

• 分析类型：

• 3D

• 材料种类：

• 金属，半导体，氧化物，陶瓷。

• 检测到元素：

• HU

• 检测限：

• 〜10 ppm（〜5E18原子/厘米3)

• 成像/映射：

• 是

• 最大横向分辨率：

• 横向0.5 nm和深度0.3 nm

• 分析区域：

• 50 * 50纳米2

• 分析深度：

• 100-500纳米

• 检测离子类型：

• 带正电

• 同位素鉴定：

• 是

APT相关资源

• 应用资料：锂离子电池电极的研究

• 应用说明：微发光二极管分析

APT应用案例 

纳米颗粒的APT样品制备

按照该案例制样后，我们对Arre标本和圣萨尔瓦多标本进行了APT分析，仪器为Cameca Leap 4000XHR，采用激光辅助模式，紫外波长为355nm，脉冲能量为30p，重复频率为200kHz。基本温度为30K，自动检测速率为0.02~+/脉冲。最后使用Cameca的AP Suite 6软件对数据进行三维重建，计算原子体积nm3/atom。