俄歇电子能谱(AES)是材料表面微区成分分析的重要技术，广泛应用于电子材料、半导体等领域，而荷电效应一直是影响其测试精度与稳定性的主要因素，易造成信号畸变、谱图异常，降低数据可靠性，甚至导致测试失效。
目前业内常用的荷电抑制手段主要有：降低加速电压、搭配中和电子枪、倾斜样品台、Mask 制样隔离绝缘区等。这类方法仅适用于普通导电或简单绝缘样品，面对复杂样品时效果有限，难以满足高精度测试需求。
在电子封装与微电子制造领域，绝缘基底上的导电结构样品十分常见，如阻焊层凸点、透明导电膜、绝缘基板金属电极等。传统方法无法为这类样品建立有效电荷泄放通道，电荷积累问题难以彻底解决。针对该技术难题，ULVAC-PHI研发了GND（ground）接地探针样品托，可高效抑制荷电效应。该装置采用5 μm微型探针，直接接触样品导电区域，搭建低阻抗导电通路，实现电荷快速泄放，从源头抑制荷电，改善谱图稳定性，提升AES测试精度与重复性。
本文以绝缘基底金属电极样品为例，介绍该样品托的结构原理、操作步骤及注意事项，并结合实测数据验证其荷电抑制效果，为相关技术人员提供实操参考。
图1. PHI 710俄歇电子能谱仪。
图2. GND接地探针样品托，在直径25 mm的样品托上配置有8 mm×8 mm的探针控制台。
样品信息：阻焊绝缘层上制备的锡(Sn)凸点，凸点直径约1 mm。
测试设备：AES（型号：PHI 710，见图1）
测试难点：该样品属于典型易累积荷电试样，即在AES测试的高能电子束轰击下，绝缘基底上的孤立导电结构极易发生电荷积累，产生荷电效应，导致信号畸变、谱图异常。
解决方案：利用新型GND接地探针样品托进行测试。
GND样品托使用方法
GND 接地探针样品托的具体使用方法如图3所示：
1.使用专用螺丝刀调节X方向和Y方向螺丝，从而控制探针尖端对准待测物正上方(图3 a)；
2.再利用螺丝刀调节Z方向螺丝，使探针缓慢下降与测试位置接触 (图3 a)；探针可移动范围(以中心位置为基准)：X：±1 mm Y：±1 mm Z：±0.7 mm；
3.通过光学显微镜，确认探针与待测区域是否接触良好(图3 b)。
图3. (a) GND接地探针样品托的调节轴；(b) GND接地探针样品托前端的光学显微镜照片。
样品及探针接触状态确认
借助PHI 710自带的SEM成像功能，可直观观察并确认探针尖端的接触状态。如图 4所示，从SEM图像清晰可见探针与锡凸点实现可靠接触。通过该接地探针建立稳定导电通路，即便是被绝缘体包裹的孤立导电结构，也可实现稳定、可靠的 AES 测试。
图4.接地探针样品托接触的凸点
测试结果
1.使用GND探针样品托进行稳定的AES测试
如图5a所示，借助GND 接地探针样品托可有效抑制荷电效应，获取信噪比优异的AES全谱（survey）。结果显示，除凸点主成分锡(Sn)还检测到源于表面杂质与氧化物的碳、氧元素。
与之相反，未使用GND 接地探针样品托，采用传统电子枪参数开展AES测试时，出现了明显的荷电干扰：谱峰发生畸变，且特征峰位随扫描次数逐步偏移，数据稳定性差(图 5b)。
图5. 阻焊绝缘层上制备的锡(Sn)凸点所采集的AES全谱：(a)使用GND 接地探针样品托采集到的谱图；(b)未使用GND 接地探针样品托采集的谱图。
2.加速电压的影响
为验证 GND 接地探针样品托的通用性，分别评估了加速电压 (3～15 kV)、靶电流(1～10 nA)对其应用效果的影响。一般而言，提高加速电压会增大电子入射深度、降低二次电子发射效率，从而加剧荷电效应；同时，电子束聚焦越细，局部电流密度越高，荷电效应也越难抑制。
然而，实验证明采用本文中的方法，即使在10 kV、15 kV等高加速电压下，仍可抑制谱图畸变与能量偏移，实现稳定采集（见图6a）。此外，在连续采集AES Mapping（t=80分钟）后，亦能获得无位置漂移、灵敏度稳定的高质量成像结果（见图6b）。
图6. (a)不同条件下采集的AES全谱；(b) 凸点组成元素（锡）及接地探针样品托周边的AES mapping。
综上，该新型GND 接地探针样品托，核心优势体现在以下三个方面：
1.荷电抑制效果优异：通过探针接触构建导电通路，有效抑制了绝缘基底上孤立导电结构的荷电效应，大幅提升了谱图数据的精确性与重复性；
2.测试条件兼容性强：在宽范围的电子枪参数(3～15 kV)加速电压、1～10 nA 靶电流的条件下，均能保证测试稳定性，适配不同样品的分析需求；
3.长时间测试稳定可靠：在长时间面分析(AES mapping)测试中，可有效避免荷电引起的谱图畸变与图像漂移，确保数据的连续性与准确性。
