Skip to content

Введение в ВИМС

Schematic of the SIMS technique
Когда твердый образец распыляется первичными ионами с энергией в несколько кэВ, часть частиц, испускаемых мишенью, ионизируется. Вторичная ионная масс-спектрометрия заключается в анализе данных вторичных ионов с помощью масс-спектрометра. Эмиссия вторичных ионов твердой поверхностью при ионной бомбардировке дает информацию об элементарном, изотопном и молекулярном составе самых верхних атомных слоев данной поверхности. Выход вторичных ионов сильно зависит от химического окружения и условий распыления (тип иона, энергия, угол). Это может усложнить аспект количественного анализа в технологии. Тем не менее, ВИМС признана самой чувствительной технологией элементного и изотопного анализа поверхности.

Технология ВИМС обеспечивает уникальное сочетание чрезвычайно высокой чувствительности для всех элементов от водорода до урана и выше (предел обнаружения до уровня част./млрд. для многих элементов), визуализацию с высоким разрешением по плоскости (до 40 нм) и очень низкий фон, таким образом, гарантируя высокий динамический диапазон (более 5 порядков). Данный метод является «разрушительным» по своей природе (распыление материала). Его можно применять к любому типу твердых материалов (диэлектрики, полупроводники, металлы), которые можно помещать в вакуум.

Режим динамической ВИМС

В том время как статический режим ВИМС концентрируется на первом верхнем монослое, обеспечивая в основном молекулярную характеристику, в динамическом режиме ВИМС исследуют валовый состав и распределение микроэлементов по глубине с разрешением по глубине в диапазоне от суб-нм до десятков нм.

Приборы динамической ВИМС работают с первичными ионными пучками кислорода и цезия с целью усиления интенсивности положительных и отрицательных вторичных ионов, соответственно. Начиная с поверхности (или проходя через площадь контакта), в то время как доза первичных ионов, имплантированных в мишень, увеличивается, концентрация первичных видов (кислород или цезий) достигает равновесия в зависимости от условий распыления и природы мишени. Такое равновесие соответствует установившемуся режиму распыления, и как только оно будет достигнуто, можно будет провести надежный количественный анализ с использованием стандартных эталонных образцов с относительной чувствительностью.

Одним из основных применений динамической ВИМС является анализ распределения микроэлементов по глубине (например, легирующих примесей или примесей в полупроводниках). Энергия удара ионов регулируется в зависимости от интересующей исследователя глубины и необходимого разрешения по глубине. Низкая энергия (до 150 эВ) используется для уменьшения смешения атомов из-за каскадов столкновений и улучшения разрешения по глубине вплоть до суб-нанометрового уровня. Высокая энергия (до 20 кэВ) используется для более глубокого исследования (десятки микрон), более быстрого анализа (при скорости распыления порядка мкм в мин) и улучшения пределов обнаружения. Динамическая ВИМС также часто используется для анализа визуализации с высоким разрешением и высокоточных измерений изотопного соотношения.

Все приборы ВИМС компании CAMECA оптимизированы для анализа динамической ВИМС.

CAMECA: мировой лидер в области ВИМС

Со времен инноваций в области вторичной ионной масс-спектрометрии в 1960-х годах, компания CAMECA разработала полную линейку приборов ВИМС. Каждый из наших высокотехнологичных приборов обеспечивает наилучшую производительность для конкретного применения.