5.5: Мас-спектрометрія вторинних іонів

Last updated
Save as PDF

Page ID: 17663

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Техніка вторинної іонної мас-спектрометрії (SIMS) є найбільш чутливою з усіх поширених поверхневих аналітичних методів - здатна виявляти домішкові елементи, присутні в поверхневому шарі при концентрації <1 проміле, і об'ємні концентрації домішок близько 1 ppb (частина на мільярд) в сприятливі випадки. Це пов'язано з властивою високою чутливістю, пов'язаною з методами на основі мас-спектрометричних.

Існує ряд різних варіантів техніки:

Всі ці варіації на техніці засновані на одному і тому ж базовому фізичному процесі, і саме цей процес обговорюється тут, разом з коротким вступом в області статичних SIMS. Подальші примітки щодо динамічних та візуалізаційних SIMS можна отримати в розділі 7.4 - SIMS Imaging та глибоке профілювання.
У СІМС поверхню зразка піддається бомбардуванню іонами високої енергії - це призводить до викиду (або розпилення) як нейтральних, так і заряджених (+/-) видів з поверхні. Викинуті види можуть включати атоми, скупчення атомів і молекулярні фрагменти.

Аналізатор маси може бути квадрупольним аналізатором маси (з роздільною здатністю одиниці маси), але також часто використовуються аналізатори маси магнітного сектора або аналізатори часу польоту (TOF), які можуть забезпечити значно більшу чутливість і масову роздільну здатність, а також набагато більший діапазон маси (хоча і за більш високу вартість). Взагалі аналізатори TOF є кращими для статичних SIMS, тоді як квадрупольні та магнітні сектори є кращими для динамічних SIMS.

Найбільш часто використовуваними падаючими іонами (узагальнено позначаються I ⁺ на наведеній вище діаграмі), що використовуються для бомбардування зразка, є іони благородних газів (наприклад, Ar ⁺), але інші іони (наприклад, Cs ⁺^{, Ga +} або O 2 ⁺) є кращими для деяких додатків. За допомогою TOF-SIMS первинний іонний пучок імпульсний, щоб іони могли бути розпорошені з часом з моменту удару, і для отримання високої роздільної здатності маси потрібні дуже короткі тривалості імпульсу.