二次离子质谱原理科普及实例分析
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【二次离子质谱原理科普及实例分析】
二次离子质谱是一种检测小范围固体表面化学成分的表面分析技术 。 其原理是在高真空条件下 ， 利用离子源发射的一次离子束将二次离子溅射到材料表面 ， 通过质谱分析获得二次离子的组成信息 。 一次离子源通常具有数百至数万电子伏特的能量 ， 不仅可以溅射原子 ， 还可以溅射原子基团、官能团、分子等 。 因此 ， SIMS技术既可以分析无机结构 ， 也可以分析有机结构 。 目前已广泛应用于半导体微电子、化学、材料、地质、生物医药等行业 。
与其他表面分析技术相比 ， SIMS技术的主要优点之一是可以检测从氢到铀的所有元素及其同位素 ， 某些元素的检测下限可以达到ppm~ppb级 。 目前 ， SIMS仪器的深度分辨率可达1 nm ， 横向分辨率可达100 nm 。 利用SIMS可以实现表面微区分析、微区成像和三维空间分析 。 SIMS技术已成为半导体元素掺杂与扩散、表面有机污染、薄膜材料界面分析等领域不可替代的手段 。
根据一次离子束的能量和扫描方式 ， SIMS技术可分为静电SIMS和动态SIMS 。 SSIMS主要用于表面质谱和表面成像 。 由于它使用的是低能量、低密度的离子束 ， 一般只获取原子最表面层的信息 ， 常被用来分析有机化合物的分子结构 。 DSIMS利用高能、高密度离子束逐层剥离材料 ， 同时探测不同深度的二次离子信息 ， 动态分析元素在三维空间中的分布 。 DSIMS比SSIMS对样品的破坏性大得多 。 它通常用于研究元素掺杂对半导体器件性能的影响以及分析超薄多层膜的结构 。
DSIMS的探测深度可以从几纳米到几十微米 ， 以一定的溅射速率扫描一段时间 ， 就可以得到不同元素或组在不同深度的相对强度比曲线 。 杭州微源检测提供德国ION-TOF先进的TOF-SIMS仪器测试服务可以提供完善的SIMS技术解决方案 。 下图为半导体材料多层膜层结构的DSIMS深度剖析曲线图、纵向2D成像和空间3D成像 ， 从图中可以清晰的观察不同膜层的组成和元素分布情况 。
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