SIMS介绍

Schematic of the SIMS technique
当固体样品被几keV能量的一次离子溅射时,从靶发射出来的一部分颗粒被电离。二次离子质谱法是使用质谱仪分析这些二次离子。离子轰击下固体表面的二次离子发射提供了有关其最上面的原子层的元素、同位素和分子组成的信息。根据化学环境和溅射条件(离子、能量、角度),二次离子产生率会有很大的变化。这会增加该技术的量化方面的复杂性。无论如何,SIMS被公认为最灵敏的元素和同位素表面分析技术。

SIMS技术为氢到铀及其以上的所有元素(许多元素的检出限低至ppb级)提供了极高灵敏度、高横向分辨率映射(低至40纳米)以及非常低的本底的独特组合,可实现高动态范围(超过5个数量级范围)。这种技术本身具有“破坏性”的性质(物质溅射)。它可以应用于可在真空下保存的任何类型的固体材料(绝缘体、半导体、金属)。

动态SIMS模式

虽然静态SIMS集中在首个顶层单层上,主要提供分子表征;但在动态SIMS模式下,采用了从亚纳米到几十纳米的深度分辨率范围对痕量元素的主体组成和深度分布进行分析。

动态SIMS仪器配备有氧和铯一次离子束以分别增强正和负二次离子浓度。从表面开始(或通过界面),当注入靶中的一次离子剂量增加时,取决于溅射条件和靶的性质,一次离子浓度(氧或铯)将达到平衡。该平衡对应于溅射稳态,并且一旦达到,就可以使用相对灵敏度因子对参考标准样品进行可靠的定量。

动态SIMS的主要应用之一是痕量元素的深度分布分析(例如,半导体中的掺杂物或污染物)。离子碰撞能量根据感兴趣的深度和所需的深度分辨率进行调整。低能量(低至150eV)用于减少因碰撞级联引起的原子混合,并将深度分辨率提高到亚纳米级别。高能量(高达20keV)被选择用来进行更深入(数十微米)、速度更快(每分钟微米的溅射速率)的分析,并降低检出限。动态SIMS也经常用于高分辨率成像分析和高精度同位素比值测量。

所有CAMECA SIMS仪器均已针对动态SIMS分析进行优化。

CAMECA:SIMS全球领导者

自20世纪60年代首创二次离子质谱仪以来,CAMECA已经开发了一套完整的SIMS产品系列。我们的每款高端仪器均确保为特定应用提供最佳性能。