michaelson 發問時間: 科學工程學 · 2 0 年前

關於”二次離子質譜儀 ; SIMS”它的原理是?

它的原理是?! 可以做哪些運用? 最好是有參考資料

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    2 0 年前
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      一般固體或薄膜表面的分析儀器,若以其功能加以區分,可分為下列三大類:(1)表面形態分析儀器:觀察材料的表面形態為主,如光學顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)等,可以觀察表面的平坦度、均勻性及表面各種缺陷、晶粒界面、加工缺陷等顯微組織。(2)晶體結構分析儀器:如X光射線繞射儀、低能電子繞射儀等,可用以分析粉末或固體之結晶構造、瞭解其晶格常數及用以觀察晶體成長中之單結晶基板及薄膜表面的原子排列。(3)元素(或組成)分析儀器:主要應用於分析表面定性及定量的組成,歐傑電子分析儀(AES)、二次離子質譜儀(SIMS)等。其特點係可鑑定存在於固體表面,亦可獲得表面縱深方向。

      二次離子質譜儀(SIMS)若以激發入射源來分類,係以不同離子源入射試片表面,在離子束之照射下產生不同的二次粒子輸出,如圖7-15所示。離子束之輸入與電子束之輸入最大不同點在於前者具有較大的動態,因此撞擊至表面時將造成相當的濺射(sputtering),同時造成表面的改變或破壞。

      二次離子質譜儀具有高靈敏度的雜質偵測能力,幾乎對所有元素的偵測極限可達百萬分之一原子密度(ppma),對於部份元素的偵測極限甚至可達十億分之一原子密度(ppba)的優越分析能力,而被廣泛的應用於材料分析上,在微電子元件的發展上更扮演了不可或缺的角色。

      二次離子質譜儀係將具有足夠能量的一次離子(primary ions)撞擊到試樣的表面,經與固體作用後,然後將表面的原子或分子撞擊出來,呈離子狀態的二次離子(secondary ions),收集至質譜儀 (mass spectrometer),經質譜之分析,而達到試品表面成份元素之定性及定量分析之研究。另外,由於一次入射離子可以適當的聚焦至徵小點,並且可掃描試片表面,因此方可利用SIMS作顯徵影像分析之觀察。二次離子質譜儀主要用來分析固體表面及表面以下30微米(mm)深度內的區域和部份液體樣品的表面。此技術乃以一帶能量 (0.5-20 kV) 的離子束撞擊試片表面,產生離子化的二次粒子,再用質量分析儀加以偵測。

      SIMS儀器視其應用之不同而有各種不同的型式,其基本構造可分為下列四大部份:(1)照射激發用的一次離子束的離子槍;(2)以能量選擇由試品產生的二次離子能量過濾器;(3)進行質量選擇的質譜儀;及(4)放大、檢測經質量選擇後的二次離子檢測輸出信號。

      二次離子質譜儀分析的優點如下:(1)偵測極限可達 ppm,甚至到 ppb等級;(2)週期表上所有元素均可偵測;(3)可以區分同位素;(4)可分析不導電試片;(5)縱深解析度一般為10 ~ 20 nm,最佳達2 ~ 5 nm;(6)由分子離子的相對含量可得到化學狀態的訊息;(7)側向解析度受一次離子束大小和二次離子束聚焦系統影響,在 20 nm ~ 1mm;(8)可用標準品及 RSF 值作定量等。二次離子質譜儀分析的主要缺點如下:(1)亦受質量因素干擾;(2)離子產率受基質影響;(3)離子產率變化大,可達106的差異;(4)需要各種標準品來作定量;(5)需要平坦的表面進行分析;及(6)屬破壞性分析技術等。

      SIMS之應用很廣,例如偵測表面污染、氧化、還原、吸附、腐蝕、觸媒效應、表面處理等動態分析之表面研究工作,尤其可作微量元素分佈,因此在材料、化學、物理、冶金及電子方面之發展,使用者很多。SIMS不但可作表面及整體之分析,又可直接作影像觀察,其靈敏度及解析能力甚高,由最小的氫至原子量很大的元素均可偵測,尤其對於同位素的分析更是有效。常見的研究應用領域包括:(1)表面研究:利用SIMS影像可以觀察試片表面所含有之元素,由適當的縱面元素之分析,可以瞭解污染之深度。(2)縱深元素分佈:SIMS之縱深解析力<50A,而靈敏度<1017atouns/cm3,可利用SIMS研究經擴散及離子佈植後之不純物或同位素之縱深分佈情形。(3)結合離子佈植技術在IC或其他半導元件之應用。http://elearning.stut.edu.tw/caster/3/no7/7-3.htm

    其他可參考的資料

    二次中性粒子質譜儀 http://elearning.stut.edu.tw/caster/3/no7/7-4.htm 

    二次離子質譜術與超淺接面分析 http://www.ndl.org.tw/ndlcomm/P5_3/8.htm

    參考資料: GOOGLE大神
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