SIMS 교육자료 : 분석이론

이 SIMS 이론 튜토리얼에는 이온빔 스퍼터링 및 기타 효과에 대한 설명과 함께 SIMS의 사용법이 포함되어 있습니다.

오늘, SIMS 분석 서비스 고체 물질, 특히 반도체 및 박막의 미량 원소 분석에 널리 사용됩니다.

SIMS 이온 소스는 사전에 증발하지 않고 고체 샘플로부터 이온을 생산하는 몇 안되는 것 중 하나입니다. SIMS 1 차 이온 빔은 직경이 1 미만인 것으로 집중 될 수 있습니다. 1 차 이온빔이 시료 표면을 타격하는 곳을 제어하면 미세 분석에서 원소의 측면 분포를 측정하는 미세 분석이 제공됩니다. SIMS 분석 동안, 샘플 표면은 서서히 스퍼터링된다. 연속 분석은 스퍼터링이 깊이 프로파일이라는 깊이의 함수로 정보를 생성합니다. 스퍼터링 속도가 극단적으로 느린 경우, 원자 단층의 10 분의 1 이하를 소비하면서 전체 분석을 수행 할 수 있습니다. 이 저속 스퍼터링 모드는 깊이 프로파일에 사용되는 동적 SIMS와 달리 정적 SIMS라고합니다. 얕은 스퍼터링은 샘플 표면에 존재하는 유기 물질에 대한 손상을 최소화합니다. 생성 된 이온 단편화 패턴은 분자 종을 확인하는 데 유용한 정보를 포함합니다. 동적 SIMS 만 정량적 정보를 산출하기 때문에이 표면 분석 컴퓨터 지원 명령 패키지에서 동적 SIMS 만 처리됩니다.

1 차 이온 빔을 이용한 시료 표면의 충돌과 방출 된 2 차 이온의 질량 분석은 2 차 이온 질량 분석법 (SIMS)을 구성합니다.

최고의 SIMS 참고 자료는 A. Benninghoven, FG Rüdenauer 및 HW Werner, Wiley, New York, 1987 (1227 페이지)의 Secondary Ion Mass Spectrometry : 기본 개념, 기 계적 측면, 응용 및 추세입니다.

이온빔 스퍼터링

충격을 가하는 1 차 이온 빔은 전자와 광자와 함께 시료 물질과 재분석 된 1 차 이온의 단일 원자 및 다 원자 입자를 생성합니다. 이차 입자는 음전하, 양성 및 중성 전하를 띠며 0 내지 수백 eV의 운동 에너지를 갖는다.

SIMS 이론 - 이온빔 스퍼터링

SIMS에서 유용한 주요 빔 종은 Cs+,2+, O, Ar+, 및 Ga+ 1과 30 keV 사이의 에너지. 1 차 이온을 주입하고 1 ~ 10 nm의 깊이까지 시료 원자와 섞는다.

전형적인 SIMS 실험에서의 스퍼터 율은 0.5와 5 nm / s 사이에서 다양하다. 스퍼터 율은 1 차 빔 강도, 시료 물질 및 결정 방향에 따라 달라집니다.

스퍼터 율은 스퍼터링 된 원자 수와 충돌 이온수의 비이다. 전형적인 SIMS 스퍼터링 수율은 5 및 15의 범위에 속한다.

스퍼터링 효과

충돌 캐스케이드 모델은 10 차 빔이 샘플 원자와 상호 작용하는 방식을 정량적으로 설명하는 데 가장 성공했습니다. 이 모델에서 빠른 XNUMX 차 이온은 일련의 이진 충돌에서 에너지를 대상 원자로 전달합니다. 활기찬 표적 원자 (반동 원자라고 함)는 더 많은 표적 원자와 충돌합니다. 시료 표면을 통해 되돌아 오는 표적 원자는 스퍼터링 된 물질을 구성합니다. 샘플의 외부 단층 원자는 약 XNUMXnm에서 구동되어 표면 혼합을 생성 할 수 있습니다. 노크 온이라는 용어는 표면 혼합에도 적용됩니다.

SIMS 이론 - 스퍼터링 효과

스퍼터링은 스퍼터 크레이터에서 표면 거칠기를 유발합니다. 표면 혼합에 의해 이미 존재하거나 도입 된 격자 결함은 리본, 밭고랑, 능선, 원뿔 및 원추형 응집체의 형태를 취하는 조도에 대한 세균 일 수있다. 다결정 재료는 결정 방향에 의존하는 차동 스퍼터 율 때문에 거친 분화구 바닥을 형성합니다.

2 차 이온 에너지 분포

스퍼터링 공정은 다양한 범위의 (병진 운동 에너지) 2 차 이온을 생성합니다. 에너지 분포는 원자와 분자 이온에 따라 분명히 다릅니다. 분자 이온은 내부 진동 및 회전 모드에서 운동 에너지를 갖기 때문에 상대적으로 좁은 변환 에너지 분포를 가지지 만 원자 이온은 병진 모드에서 모든 운동 에너지를가집니다. 다음 그림은 모노, 디 및 트리 아톰의 일반적인 에너지 분포를 보여줍니다.

SIMS 이론 - 2 차 이온 에너지 분포
2 차 이온 수율 - 원소 효과

SIMS 이온화 효율은 이온화라고하는 스퍼터링 된 원자의 분율로 정의되는 이온 수율이라고합니다. 이온 수율은 다양한 요소에 대해 많은 차수로 다양합니다. 이온 수율에 대한 가장 분명한 영향은 양이온의 이온화 가능성과 음이온의 전자 친 화성입니다. 예를 들어, 다음 그림은 이온화 포텐셜의 함수로 플롯 된 양이온 수율의 대수를 보여줍니다. 이온 수율은 산소 스퍼터링이있는 실리콘 매트릭스의 실리콘에 비례합니다.

SIMS 이론 - 2 차 이온은 원소 효과를 나타냄

이온화 포텐셜과 2 차 이온 수율의 상관 관계는 완벽하지 않습니다. 변형은 표본 행렬과 요소 자체에 따라 다릅니다. 예를 들어, 샘플에 산소가 존재하면 대부분의 원소에 대해 양이온 수율이 향상되지만 불소는 거의 모든 시료에서 양이온 수율이 비정상적으로 높습니다. 헬륨과 네온 같은 일부 요소는 그림에 표시된 추세를 벗어납니다.

다음 그림은 상대 이온 수율의 대수가 전자 친화력에 대해 플롯 된 음이온에 대한 유사한 처리를 보여줍니다. 이온 수율은 세슘 이온 스퍼터링을 사용하여 실리콘 매트릭스에서 측정 할 때 실리콘에 상대적입니다. 네 개의 할로겐화물은 추세선에서 가장 멀리 벗어난 요소입니다.

SIMS 이론 - 2 차 이온은 원소 효과를 나타냄
2 차 이온 수율 - 1 차 빔 효과

다른 인자들은 SIMS 측정에서 2 차 이온화 효율에 영향을 미친다. 산소 폭격은 양이온의 수율을 증가시키고 세슘 폭격은 음이온의 수율을 증가시킵니다. 증가는 최대 4 배까지 다양합니다.

산소 강화는 산소가 풍부한 지역에서 금속 - 산소 결합의 결과로 발생합니다. 이러한 결합이 이온 방출 과정에서 끊어지면, 산소는 높은 전자 친화도가 전자 포착을 선호하고 높은 이온화 포텐셜이 양전하를 억제하기 때문에 음으로 대전된다. 금속에 양전하가 남아 있습니다. 산소 빔 스퍼터링은 표면층의 산소 농도를 증가시킵니다.

세슘 폭격으로 생성 된 향상된 음이온 수율은 세슘을 시료 표면에 주입함으로써 감소하는 일 함수에 의해 설명 될 수 있습니다. 더 많은 2 차 전자가 표면 전위 장벽을 통해 여기됩니다. 전자의 증가 된 가용성은 음이온 형성을 증가시킨다.

이온화 효율의 다양성은 주기율표에 표시된 것과 같이 다양한 원소에 대한 분석 조건을 달리합니다.

SIMS 이론 - 2 차 이온은 1 차 광선 효과를 나타냄
상대 감도 요소

SIMS에 의한 정량 분석은 다음 식에 따라 정의 된 상대적 민감도 계수를 사용합니다.

SIMS 이론 - 상대적 감도 계수

주 (또는 행렬) 요소는 일반적으로 참조로 선택됩니다. R (기준)과 재배치에 M (행렬)을 대입하면 다음 등식이 나온다.

SIMS 이론 - 상대적 감도 계수

미량 원소 분석에서, 우리는 매트릭스 원소 농도가 일정하다고 가정 할 수 있습니다. 매트릭스 농도는 원소 RSF와 결합되어보다 편리한 일정한 RSF를 제공 할 수 있습니다.

SIMS 이론 - 상대적 감도 계수

이 RSF는 관심있는 요소와 샘플 행렬의 함수입니다.

SIMS 이론 - 상대적 감도 계수

RSF와 CE의 농도 단위는 같습니다. 이것은 RSF 방정식의 가장 일반적인 형태입니다.

RSF 테이블

다음 RSF 값 표 (RG Wilson, Int. J. Mass Spectrometry, Ion Proc., 143, 43, 1995)는 민감도가 관심 요소에 따라 어떻게 달라지는 지 보여줍니다. 낮은 RSF는 높은 감도를 의미합니다. 겸손한 고감도 요소의 농도는 전자 멀티 플라이어 이온 검출기를 포화시킬 수 있습니다.

산소 1 차 이온 폭격, 양이온 2 차 이온 및 실리콘 매트릭스에 대해 다음의 RSF가 측정되었습니다.

SIMS 이론 RSF TAble

이 RSF는 세슘 일차 이온 충격, 음이온 이차 이온 및 실리콘 매트릭스에 대해 측정되었습니다.

SIMS 이론 - RSF 표
감도 및 검출 한계

대부분의 미량 원소에 대한 SIMS 검출 한계는 1e12에서 1e16 원자 / cc 사이입니다. 이온화 효율 (RSF) 외에도 두 가지 다른 요인이 감도를 제한 할 수 있습니다. 전자 배율기의 출력은 XNUMX 차 이온이 충돌하지 않는 경우 다크 카운트 또는 다크 전류라고합니다. 이 암전류는 기기 진공 시스템의 표유 이온과 전자 및 우주선에서 발생합니다. 카운트 속도 제한 감도는 스퍼터링이 검출기 암전류보다 XNUMX 차 이온 신호를 덜 생성 할 때 발생합니다. SIMS 기기가 분석 물질을 도입하면 도입 된 수준은 배경 제한 감도를 구성합니다. 진공 시스템에서 잔류 가스로 존재하는 산소는 배경이 제한된 민감도를 가진 요소의 예입니다. 질량 분석기 부품에서 XNUMX 차 이온에 의해 시료로 다시 스퍼터링 된 분석 원자는 또 다른 배경 소스를 구성합니다. 질량 간섭은 또한 배경 제한 감도를 유발합니다.

깊이 프로파일 링

선택한 원소의 2 차 이온 카운트 속도를 시간의 함수로 모니터링하면 깊이 프로파일이 생성됩니다. 다음 그림은 실리콘 매트릭스에서 인의 측정에 대한 원시 데이터를 보여줍니다. 샘플은 실리콘 웨이퍼에 인을 이온 주입하여 준비되었다. 분석은 Cs를 사용합니다.+ 1 차 이온 및 음이온 2 차 이온.

SIMS 이론 - 깊이 프로파일 링

시간 축을 심도로 변환하기 위해 SIMS 분석가는 프로파일로 미터를 사용하여 스퍼터 크레이터 깊이를 측정합니다. 프로파일로 미터는 분화구를 가로 지르는 스타일러스를 끌고 수직 처짐을 지적하여 깊이를 결정하는 별도의 도구입니다. 위의 인 깊이 프로파일의 끝에서, profilometry는 크레이터 깊이에 0.74을 제공합니다. 총 분출구 깊이를 총 스퍼터 시간으로 나눈 값은 평균 스퍼터 율을 제공합니다.

RSF (Relative Sensitivity Factor)는 수직축을 이온 카운트에서 농도로 변환합니다. 위의 인 주입에 대한 적절한 RSF 값은 1 입방 센티미터 당 1.07E23 원자이며 매트릭스 전류 (IM)는 초당 2.2E8 실리콘 이온 카운트입니다. 다음 그림은 깊이와 농도 축에 플롯 한 위의 인 깊이 프로파일을 보여줍니다.

SIMS 이론 - 깊이 프로파일 링
깊이 해상도

깊이 해상도는 평평한 바닥 크레이터에 달려 있습니다. 현대의 계측기는 정사각형 영역 위의 래스터 패턴으로 미세하게 초점을 맞춘 기본 빔을 스위핑하여 균일 한 스퍼터 전류를 제공합니다. 일부 계측기에서는 구멍이 분화구 바닥에서 2 차 이온을 선택하지만 가장자리는 선택하지 않습니다. 대안 적으로, 데이터 처리 시스템은 주 스퍼터 빔이 그 래스터 패턴의 단부에있을 때 생성 된 모든 2 차 이온을 무시한다.

RSF 측정 표준

정량적 SIMS 분석에는 RSF 값을 측정 할 표준 재료가 필요합니다. 이온 수율은 분석 물질, 스퍼터링 종 및 샘플 매트릭스에 따라 다르므로 각각에 대해 별도의 RSF를 측정해야합니다. 이온 주입은 좋은 기준입니다. 사실상 모든 요소를 ​​모든 매트릭스에 이식 할 수 있습니다. 이온은 주입 전에 질량 분석기를 통과하여 주입 순도를 보장 할 수 있습니다. 일반적인 주입 이온 에너지의 범위는 50 ~ 300keV입니다. 더 높은 에너지는 일반적으로 더 무거운 이온에 사용되어 약 0.2um 중심의 일반적인 주입 깊이를 생성합니다. 가장 중요한 것은 주입 이온 전류를 통합하여 총 이온 선량을 결정할 수 있다는 것입니다. 그러나 총 측정에서 XNUMX 차 전자 및 이온 전류를 제외하도록주의해야합니다.

Depth Profile (깊이 프로파일) 섹션에 표시된 인 이식 데이터는 실리콘의 인의 RSF 값을 계산하는 데 사용할 수 있습니다. 음영 처리 된 영역은 인 이식 (phosphorus implant)에서 나오는 총 신호입니다 (3.68e6 인 이온).

RSF 측정을위한 SIMS 이론 표준

총 신호를 측정 시간으로 나누면 측정 중 평균 인 2 차 이온 신호 인 Ii가됩니다 (2.69e4 / s). 평균 임플란트 농도 CI (1e15 atom / cc)를 계산하려면 임플란트 투여 량 (이 예에서는 제곱 센티미터 당 0.74e1.35 이온)과 크레이터 깊이 (19um)가 필요합니다.

RSF 측정을위한 SIMS 이론

실리콘 매트릭스 전류 IM (2.18E8 / s)을 포함하면 재 배열 된 RSF 방정식에 따라 RSF 계산이 제공됩니다.

RSF 측정을위한 SIMS 이론

계산 된 RSF 값 (1.09e23)은 RSF 테이블 섹션의 인용 값 (1.07e23)과 거의 일치합니다.

벌크 분석

균질하게 분산 된 분석 물을 갖는 샘플의 경우, 벌크 분석은 깊이 프로파일 링보다 더 큰 검출 한계를 제공하며, 보통 크기의 차수 이상이다. 빠른 스퍼터 속도는 벌크 분석에서 2 차 이온 신호를 증가시킵니다. 가능한 가장 빠른 스퍼터링은 평평한 바닥 (rastered) 크레이터에 요구되는 것처럼 집중 될 수 없기 때문에 깊이 분해능을 희생시키는 강렬한 1 차 이온 빔을 필요로합니다. 그렇지 않으면, 벌크 분석은 깊이 프로파일과 유사합니다. 이온 강도 데이터는 시간의 함수로 표시됩니다. 이것은 샘플이 실제로 균질하다는 것을 확인하는 수단을 제공합니다. 전형적인 이종 샘플에서, 분석 물은 데이터 스트림에서 스파이크를 생성하는 작은 내포물에 집중됩니다.

질량 스펙트럼

질량 스펙트럼은 질량 - 대 - 전하 (m / z) 비율의 범위를 스캐닝하는 동안 이온 신호를 지속적으로 모니터링함으로써 사전 선택된 질량 범위에서 2 차 이온을 샘플링합니다. 질량 분석기는 자성 섹터 또는 사중 극자가 될 수 있습니다. 질량 스펙트럼은 원자와 분자 이온을 모두 감지합니다. 하나 이상의 원자를 포함하는 2 차 이온은 SIMS에서 분자 이온이라고 불린다. 분자 이온이라는 용어는 유기 질량 분석법에서 파편이 생기기 전에 모 이온 (parent ion)을 의미하는 용어로 사용된다는 점에 유의하십시오. 질량 분석기는 모든 질량 대 (m / z) 비율이 표본 추출되도록하기 위해 작은 단계로 스캔해야합니다. 질량 단위당 10 단계가 일반적입니다. 더 높은 질량 분해능에서는 피크 폭 당 10 질량 증분이 피크 모양을 적절히 정의합니다. 질량 범위가 100 인 질량 스펙트럼에는 합당한 분석 시간이 채널 당 1000 인 0.1 데이터 채널이 있습니다. 다음 그림은 석탄 플라이 애쉬 입자의 압축 질량 스펙트럼을 보여줍니다. 스펙트럼은 Li, Be, B, C, O, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Ti, Fe, Zr, Ba, Pb, Th, U를 명확하게 나타낸다. 주목할만한 분자 이온으로는 TiO, FeO, BaO, ThO 및 UO는 각각 64, 72, 154, 248 및 254입니다. 이온 강도는 원소의 동위 원소 농도를 반영합니다. 예를 들어, m / z 28, 29 및 30에서의 실리콘 동위 원소 강도는 상대적 실리콘 자연 존재 량 92.2 : 4.7 : 3.1과 유사합니다. 이중으로 충전 된 Ca 피크++ m / z 20에서.

SIMS 이론 - 질량 스펙트럼
질량 간섭

질량 간섭은 다른 이온이 분석 이온과 동일한 공칭 질량을 가질 때마다 발생합니다. 이러한 간섭을 등압 (isobaric)이라고합니다. 예를 들어 실리콘에서 철분을 분석하는 동안, 28Si2+ 56Fe와 같은 질량 (m / z 56)을 가지기 때문에 간섭을 일으 킵니다.+. 산화물은 산소 - 금속 결합이 특히 안정하기 때문에 일반적인 간섭이다. 따라서, 40CaO+ 56Fe도 방해 할 수있다.+ 측정. 많은 원소의 저 강도 수 소화물은 원소 자체보다 하나의 질량 단위로 나타납니다. 좋은 예가 silicon-30 hydride (30SiH+). 이는 미량 인 분석을 방해합니다. 1 차 이온은 종종 시료 요소와 결합하여 간섭을 일으 킵니다. 예를 들어, 133Cs32S2-는 황철석 (FeS197)에서 금을 측정하는 동안 Au- (m / z 2)와 같은 등압이다.

높은 질량 분해능

분석 물 / 간섭 쌍이 동일한 공칭 질량을 갖더라도 정확한 질량은 질량 단위의 일부분만큼 다릅니다. 정확한 질량에서 명목상의 질량을 뺀 것을 질량 결함이라고합니다. 질량 결손은 핵에서 양성자와 중성자를 함께 묶는 핵 결합 에너지의 차이로 인해 발생합니다. 질량 결함은 수소의 경우 + 0.0078에서 주기율표 중간의 원소의 경우 0.1까지, 우라늄의 경우 + 0.051까지 다양합니다.

질량 결함의 곡선은 원자 질량이 상대적으로 낮은 질량에서는 분자 간섭보다 더 높고 질량이 더 높을 때는 더 큰 질량을 갖습니다.

SIMS 이론 질량 간섭

m / z 32 영역의 다음 질량 스펙트럼은 32S와 16O2의 분리를 보여줍니다.

SIMS 이론 질량 간섭

충분한 질량 분해능을 가진 질량 분광기는 분자 이온 간섭으로부터 원자 이온을 분리 할 수 ​​있습니다. 질량 분해능은 대개 m / delta m으로 지정되며, 여기서 m은 두 이온의 공칭 질량이고 delta m은 이들의 차이입니다. 예를 들어, 56Fe 및 28Si2 (m / z 55.9349 및 55.9539)에서는 분리를 위해 m / delta m 5,600가 필요하고 Au 및 133Cs32S2 (m / z 196.9666 및 196.8496)에는 m / delta m 1700이 필요합니다. 이 두 개의 등축 쌍은 원자 질량이 상대적으로 낮은 질량에서는 분자 간섭보다 낮고 질량이 더 높으면 반대 인 경향을 보여줍니다.

서로 다른 종류의 SIMS 질량 분석기는 가능한 범위의 질량 분해능을 가지고 있습니다. 예를 들어, (잘 튜닝 된) 이중 집속 마그네틱 섹터 계기는 m / delta m 500에서 10,000 범위의 질량 분해능을 가질 수 있습니다. 2 차 이온 강도의 손실은 질량 분해능 범위의 최상단에서 작동을 수반합니다.

마이너 동위 원소

마이너 동위 원소는 종종 간섭 문제를 해결할 수 있습니다. 그러나, 작은 동위 원소의 2 차 이온 강도는 (동위 원소 비에 의해) 낮고, 검출 한계는 상응하여 더 높으며 (악화), RSF 값은 조정되어야한다 (위로). 예를 들어, 54Fe 동위 원소를 사용하는 철의 측정은 28Si2과 56Fe의 간섭을 피하지만 54Fe 신호 강도는 56Fe / 54Fe 동위 원소 비율 (56)에 의해 0.0645Fe보다 낮습니다. 특정 동위 원소의 이온 주입과 같은 일부 프로세스가 비율을 변경하기 때문에 자연의 풍부도 동위 원소 비율을 이러한 조정에 항상 사용할 수는 없습니다.

원소 간섭

어떤 경우에는 한 원소의 동위 원소가 다른 원소의 동위 원소와 같은 명목 질량을 갖습니다. 이들의 분리에는 상업용 SIMS 장비의 기능을 초월한 초 고밀도 분석이 필요합니다. 예를 들어, 104Ru와 104Pd는 서로 간섭하고 분리를 위해 m / delta m ~ 75,000를 요구합니다. 다행히 대부분의 원소 간섭에 대해 비 간섭 동위 원소를 사용할 수 있습니다.

전압 오프셋

스퍼터링은 에너지 분포로 2 차 이온을 생성합니다. 전압 오프셋 기법은 질량 분석기의 에너지 분석기를 사용하여 높은 범위의 변환 에너지에서 2 차 이온을 선택합니다. 오프셋은 단순히 가속 전압의 감소입니다. 에너지 분석기는 더 낮은 각도의 이온을 낮은 각으로 편향시킵니다. 물리적 장벽 (에너지 슬릿의 내부 턱)은 저에너지 이온을 차단합니다. 높은 변환 에너지로 시작된 이온은 질량 분석기로 전달됩니다. 따라서 전압 오프셋은 원자 종과 관련된 분자 간섭을 식별합니다. 작업자는 에너지 차단 점을 선택합니다. 30 V 오프셋은 본질적으로 에너지 분포에서 디 및 트리 아톰을 모두 제거합니다. 이러한 동위 원소 간섭의 감소에 대한 분석적인 균형이 있습니다. 대부분의 단일 원자 이온도 제거됩니다. 일반적으로 30 V 오프셋은 단원 자 이온 강도를 10 배 감소시킵니다. 애널리스트는 분석 물 신호의 이러한 감소가 용인 될 수 있는지 여부를 결정해야합니다. 분석 물 신호 강도의 감소는 일반적으로 다른 실험 매개 변수,보다 높은 일차 빔 전류 또는 더 넓은 분광기 슬릿을 변경함으로써 보상 될 수 있습니다. 다음 그림은 전압 오프셋이 있거나없는 실리콘의 비소 분석을 보여줍니다. 28Si30SiOH로부터의 작은 방해 신호는 m / z 75에서 떨어진다. 15 볼트 오프셋으로 향상된 감지 한계에 유의하십시오.

SIMS 이론 질량 간섭
샘플 충전

SIMS 1 차 이온빔, 2 차 이온 및 2 차 전자는 시료 표면에서 순 전류를 생성합니다. 샘플 물질이 전도되면 전류가 샘플을 통해 장비로 흐릅니다. 그러나 절연 샘플은 전하 축적을 겪습니다. 샘플 충전은 1 차 빔을 확산시켜 분석 영역에서 전환시켜 종종 2 차 이온 신호를 완전히 제거합니다. 샘플 충전은 또한 2 차 이온의 에너지 분포를 변화시켜 질량 분석기에 의한 전송 및 검출에 영향을줍니다. 샘플이 전도성 기판상의 얇은 유전체 일 때, 강한 전계가 발달한다. 전기장에서 나트륨 및 리튬과 같은 이동 이온이 이동하고 깊이 프로파일은 더 이상 원래의 층 구성을 반영하지 않습니다. 샘플 충전을 관리하는 데 사용할 수있는 몇 가지 기술이 있으며 종종 조합되어 사용됩니다.

전자 폭격

전자는 양의 1 차 이온 및 / 또는 음의 2 차 이온 및 전자에 기인 한 양전하 축적을 보상합니다. 저에너지 전자 빔은 고 에너지가 모든 유입 전자에 대해 하나 이상의 2 차 전자를 생성하기 때문에 더 잘 작동합니다. 저에너지 전자 빔은 사중 극자 SIMS 기기에서보다 쉽게 ​​구현되어 4 중극을 절연 재료에 대한 시스템으로 만듭니다. 사중 극자와 달리 자성 부문 장비는 양이온 분광법에 대해 높은 양의 잠재력을 지닌 시료를 유지하기 때문에 저에너지 전자빔을 들여 오기가 어렵습니다. 고효율 전자선은 널리 사용되지는 않지만 널리 사용됩니다.

인접 지휘자

샘플 위에 그리드를 배치하면 이온 광학에 대한 대전의 영향을 줄이고 전자 소스를 샘플의 양으로 대전 된 영역 근처로 가져올 수 있습니다. 1 차 이온이 닿았을 때, 도체는 2 차 전자를 방출하여 충전 영역으로 이동합니다. 유사하게, 샘플은 종종 금 또는 탄소와 같은 전도성 물질로 코팅된다. 분석을 시작하기 전에 코팅을 스퍼터링해야하지만 분석 영역에서만 수행해야합니다.

네가티브 1 차 이온 빔

가장 일반적인 음의 1 차 이온 빔은 O이며,보다 일반적으로 O를 생성하는 동일한 듀플 롭트 트론 소스로부터 이용 가능합니다2+. 초등 O 빔은 지질 학적 샘플을 보온하기 위해 널리 사용됩니다.

자동 전압 오프셋

연속적으로 변하는 전압 오프셋은 약간만 충전되는 샘플의 가속 전압에 적용될 수 있습니다. 자동 전압 오프셋 절차 (오토 볼트라고 함)는 종종 계측기 제어 소프트웨어에 통합됩니다. 깊이 프로파일 분석에서 매주기마다 소프트웨어는 에너지 분포 측정을 실행하고 분포의 피크를 일정하게 유지하는 데 필요한 전압 오프셋을 조정합니다.

이온 이미징

이온 이미지는 시료 표면의 위치에 따라 2 차 이온 강도를 나타냅니다. 이미지 크기는 500 um에서 10 um 미만까지 다양합니다. 이온 이미지는 이온 현미경 또는 불확실성 이미징, 이온 마이크로 빔 이미징 또는 래스터 스캐닝이라는 두 가지 작동 모드에서 수집 할 수 있습니다. 이온 현미경 검사는 질량 위치 선택된 이온빔을 측 위치 정보의 손실없이 시료에서 검출기로 전송할 수있는 복합 이온 현미경 / 질량 분광계가 필요합니다. 이미지 검출기는 도착하는 이온의 위치를 ​​나타냅니다. 이온 검출기가 둥글기 때문에 이온 현미경 이미지는 일반적으로 둥글다. 1 um의 측면 해상도가 가능합니다. SIMS 애널리스트는 이미지 필드 직경을 희생시키면서 신호 강도와 높은 질량 분해능을 희생하면서 더 높은 횡 방향 해상도를 갖는 이미지를 선택합니다.

이온 마이크로 빔 이미징을 위해 미세하게 초점을 맞춘 1 차 이온 빔은 샘플을 래스터 패턴으로 스윕하고 소프트웨어는 2 차 이온 강도를 빔 위치의 함수로 저장합니다. 마이크로 빔 이미징은 표준 전자 배율기를 사용하며 이미지 모양은 일반적으로 사각형 인 래스터 패턴 모양을 따릅니다. 횡 방향 해상도는 마이크로 빔 직경에 따라 달라지며 액체 금속 이온 건에 대해서는 20 nm까지 확장됩니다. 일부 계측기는 높은 질량 분해능과 높은 측면 분해능을 동시에 생성합니다. 그러나 SIMS 애널리스트는 1 차 빔을 더 작은 직경에 집중시키는 것이 빔 강도를 감소시키기 때문에 높은 측면 분해능에 대해 높은 감도를 교환해야합니다.

SIMS 이론 이온 이미징

예제 (마이크로 빔) 이미지는 황토 입자의 가장자리에 금이있는 금 광석 샘플에서 황화철 (FeS2) 입자를 보여줍니다. 오른쪽 이미지는 34S이고 왼쪽 이미지는 197Au입니다. 수치 스케일 및 관련 색상은 픽셀 당 2 차 이온 강도의 다른 범위를 나타냅니다.

스퍼터링 시간 (이미지 깊이 프로파일)의 함수로 이미지를 얻음으로써 3 차원 분석이 가능합니다. 현미경 스퍼터링 속도는 몇 배 정도의 미세 빔 속도를 초과합니다. 따라서 현미경 영상은 측방 영상의 스케일과 더 잘 맞는 깊이 스케일을 생성합니다. 마이크로 빔 이미징은 일반적으로 3 차원 분석을 위해 더 빠른 스퍼터링이 필요하거나 이미지 획득 전에 오버 레이어를 제거하는 경우를 제외하고는 이미지 기능의 더 나은 조합을 제공합니다.

동위 원소 비율 측정

동위 원소 비율 측정은 정밀도 및 정확도 요구 사항이 더 높다는 점을 제외하고는 깊이 프로필과 작동 방식이 비슷합니다. 원소의 모든 동위 원소는 동일한 화학적 성질을 가지기 때문에, 이온화 ​​및 검출 효율은 다른 동위 원소에 대해 거의 일정하게 유지된다. 0.1 %의 정밀도는 평범하고 정확도는 정밀도에 접근합니다. 오차 분석은 정밀도가 Poisson 계수 통계에 의해 주로 제한된다는 것을 나타냅니다. 이러한 정확도를 달성하려면 SIMS 장비를 조심스럽게 조정해야하며 간섭을 제거해야합니다. 질량 스펙트럼의 피크는 평평한 꼭대기와 가파른 측면을 가져야 만하므로 약간의 자석 불안정성으로 인해 이온 신호 강도가 변하지 않습니다. 이 그림은 m / z 2에서 O32 간섭을 제거하는 데 필요한 평면 평탄 꼭대기와 높은 질량 분해능을 보여줍니다. 둘 다 정확한 34S / 32S 동위 원소 비율을 측정하는 데 필요했습니다.

SIMS 이론 동위 원소 비율 측정

동위 원소 신호 강도의 비율은 서로 다른 질량에서 탐지 효율의 약간의 변화와 신호 강도에 의존하는 약간의 변화에 ​​대해 보정되어야합니다. 이러한 보정은 대개 예상되는 동위 원소 비율의 범위보다 큽니다.

특정 기능을 사용하고 사용자 경험을 향상시키기 위해이 사이트는 컴퓨터에 쿠키를 저장합니다. 승인을 제공하고이 메시지를 영구적으로 제거하려면 계속을 클릭하십시오.

더 자세한 정보는 저희의 개인 정보 보호 정책을 읽어보십시오..