相关的拉曼和扫描电镜与FIB磨铣的TEM

对于像光伏这样的先进电子技术来说，晶体结构的微小畸变对性能也至关重要。对这些材料的分析必须在最小的尺度上进亚博网站下载行，通常在特定的位置进行，要考虑到材料中晶体结构的变化和它们的分布。

透射电子显微镜(TEM)已被证明是半导体材料纳米级结构表征的最有力的技术之一。亚博网站下载TEM的高空间分辨率允许成像纳米级结构特征和原子位置，因此即使是最小的缺陷和晶体畸变都可以被识别。然而，该技术具有很强的区域特异性，检测的样品体积很小，通常只有几立方微米。

这意味着，在进行TEM成像之前，必须仔细定位待研究的纳米尺度区域。此外，一旦确定了感兴趣的区域，还必须为TEM进行准备。这通常是通过FIB磨铣来实现的，它可以用来从材料中的一个非常特定的位置提取适合透射电镜成像的样品。

因此，利用良好的二次分析技术结合聚焦离子束(FIB)定位感兴趣的特定区域，为分析准备位点是至关重要的。通常，电子背散射衍射(EBSD)和能量色散x射线光谱学(EDS)被用来定位晶体结构的变化，这些变化指示了要成像的感兴趣区域。然而，如果晶体结构和组成的差异太小，这些技术就不能使用。在这些情况下，可以使用一种新的相关显微镜技术，称为拉曼成像扫描电子(RISE)，它对样品内的键合差异非常敏感。

增加相关的显微镜

RISE显微技术是一种新型的关联显微技术，它结合了扫描电子显微镜(SEM)和共聚焦拉曼成像技术来改进二次分析。RISE显微镜的拉曼元素提供了区分非常小的键合差异的能力，促进了样品中甚至最小的化学和结构差异的检测。

RISE允许研究人员将样品的超结构表面性质与分子构成联系起来。例如，RISE允许理解由晶体位错或多晶形成造成的键合差异。

RISE显微镜可以很容易地在拉曼成像和扫描电镜成像之间切换，两幅图像也可以相互关联，在单个相关图像中显示结构和化学信息。一旦确定了感兴趣的区域，可以使用FIB系统提取样品，通过TEM进行进一步分析。

不同晶型的二氧化钛

二氧化钛(TiO₂薄膜在光电化学(PEC)应用中是重要的，它们经常被用来与材料(如碳化硅)形成半导体异质结。亚博网站下载用于微电子结构的二氧化钛的多态形式会影响性能，因此相关的拉曼显微镜，如RISE，可以帮助研究人员优化设备。

二氧化钛表现出三种不同的多晶形态——金红石、锐钛矿和brookite，它们都具有不同的导电水平。锐钛矿形成四方结构，共角八面体。Brookite由锐钛矿轻微扭曲为正交结构，呈角边共用的八面体。

图1:钛晶型锐钛矿的不同晶体结构示意图(一个)和brookite (b)来源-超微

两种形态之间的变形是微妙的，这意味着钛酸钛的brookite和锐钛矿型之间的结构变化₂是很难发现的。它们相同的化学成分和相似的衍射模式意味着EDS和EBSD都不足以区分板铝石和锐钛矿。然而，两种晶型之间的Ti-O键有差异。这意味着在每个结构内的键合振动模式的可测量的差异允许拉曼光谱区分两种晶型。

利用RISE研究多态性分布的变异

研究了二氧化钛的晶型，并对含有钛矿和锐钛矿的薄膜样品进行了研究。目的是准备一个样品，并检查两种晶型之间的边界。该薄膜首先使用扫描电镜成像，以确定感兴趣的区域。然后，利用与SEM (RISE)集成的共焦拉曼成像系统，收集并组装感兴趣区域内的单个光谱，生成100 × 100的光谱阵列。

背景校正后，对二维光谱阵列进行聚类分析。在拉曼光谱中发现了两个主要的团簇，分别对应于板铝石和锐钛矿相。二维光谱阵列产生了四种已识别的化学/结构物种的分布图像。这些图像甚至可以区分铝板岩的方向和锐钛矿相的孔隙度。

利用光谱的频率变化，生成了一个彩色编码的拉曼图像，显示了钛晶型在选定区域的分布。将拉曼图像叠加在扫描电镜显微照片上，可以精确地确定每个变体的位置(图2)，并进行TEM制备跟踪。

图2:brookite (一个)及锐钛矿(b)．彩色喇曼图像(c)与显示样品内晶型分布的扫描电镜图像(d)．黄色的盒子(d)表示为进一步TEM分析选择的感兴趣区域。来源——Ultramicroscopy

然后用FIB制备薄膜的薄横截面，其中包含brookite区域和锐钛矿区域之间的边界。最后进行暗场TEM成像(图3)来确认两个形态之间的边界的存在。

图3:(a)衍射图显示多晶石的特定区域，蓝色为板铝石，红色为锐钛矿，(b）亮场图像，(c）brookite地区的暗场和(d）锐钛矿区暗场。源,Ultramicroscopy

来自TESCAN的S8000G FIB-SEM

相关成像技术称为RISE显微技术是由TESCAN和WITec在2014年推出的。将共聚焦拉曼显微镜集成到FIB-SEM工作站中，可以在同一仪器中获得相同区域的拉曼和电子图像。这种构型非常适合于区分具有相似结构和化学性质的不同晶型。这种能力为拉曼活性材料分析师提供了一个新的工具，包括陶瓷、半导体、有机物、生物材料，甚至地质材料。亚博网站下载

该TESCAN S8000G是最新的聚焦离子束扫描电子显微镜(FIB-SEM)系统提供。与拉曼光谱结合，这在一台仪器中提供了理想的RISE能力。TESCAN S8000G还配备了BrightBeam™SEM柱，用于无场超高分辨率成像，以及新型Orage™Ga FIB柱，在低束流能量下提高了分辨率和性能。

来自TESCAN的S8000G

利用拉曼光谱进行定向聚焦离子束标本制备的相关方法，可以很容易地用于制备原子探针断层扫描标本，甚至是异相材料的微柱纳米压痕标本。亚博网站下载

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参考资料及进一步阅读

1. John S. Mangum, Lisa H. Chan, Ute Schmidt, Lauren M. Garten, David S. Ginley, Brian P. Gorman，相关拉曼光谱和聚焦离子束用于钛晶型的目标相界分析，超显微188 (2018)48-51
2. 等。基于TiO的纳米结构薄膜₂和/或SiC用于光电电化学电池:材料特性、合成和近期应用综述，半导体加工材料科学，第29卷，2015年1月，56-68页亚博网站下载亚博老虎机网登录
3. B. Fultz & J. M. Howe，透射电子显微镜和材料的衍射，柏林海德堡，2013,764页，ISBN 978-3-642-29761-8亚博网站下载

TESCAN USA Inc .)

TESCAN成立于1991年，由特斯拉的一群管理人员和工程师组成，其电子显微镜的历史始于1950年，如今TESCAN是聚焦离子束工作站、扫描电子显微镜和光学显微镜的全球知名供应商。TESCAN的创新解决方案和与客户的协作性质使其在纳米和微技术领域处于领先地位。该公司很自豪地参与了一系列科学领域的卓越机构的首要研究项目。TESCAN在价值、质量和可靠性方面为客户提供一流的产品。TESCAN USA inc .)的北美手臂TESCAN奥赛控股一家跨国公司合并建立的TESCAN捷克公司,全球领先供应商的sem和聚焦离子束工作站、物理奥赛和法国公司,世界领先的定制的聚焦离子束和电子束技术。

这些信息已经从TESCAN提供的材料中获得、审查和改编。亚博网站下载

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