Segondè Ion Mass Spectrometry

Content
1. Ki sa ki se spèktrometri mas iyon segondè?
2. Aplikasyon nan spèktrometri mas iyon segondè
3. Segondè iyon mas spèktrometri prensip k ap travay
4. Konpozisyon nan espektrometri mas iyon segondè
5. Segondè avantaj espektrometri mas ion
6. Kalite spèktrometri mas iyon segondè
    6.1. ToF-SIMS
    6.2. Fan-field segondè ion mas spectrometer
    6.3. Kat poto segondè espektromèt mas ion
7. Ki jan yo kenbe espektrometri mas iyon segondè?
8. Ki jan yo bay lòd segondè espektrometri mas ion?

Segondè espektrometri mas ion (SIMS) se pwosesis la nan sputtering patikil segondè soti nan sifas la nan yon echantiyon pa bonbade sifas la ak yon gwo enèji gwo bout bwa ion prensipal, ki lakòz atòm yo oswa gwoup atòm sou sifas la yo absòbe enèji, ak patikil sa yo chaje pase nan yon analizè mas. pou jwenn yon kat jeyografik nan sifas echantiyon an.
Nan eksperyans SIMS konvansyonèl yo, reyon iyon prensipal enèjik, tankou Ga, Cs, oswa iyon Ar, yo konsantre sou sifas yon echantiyon solid nan kondisyon ultra-vakyòm. Gwo bout bwa a ion prensipal reyaji ak echantiyon an epi iyon segondè yo sputtered ak desorbed nan sifas materyèl la. Lè sa a, iyon segondè sa yo ekstrè nan yon analizè mas, ki prezante yon kat espektwometrik mas ak karakteristik sifas analize a epi li pwodui enfòmasyon elemantè, izotopik ak molekilè ak sansiblite nan seri ppm ak ppb. Gen twa kalite debaz SIMS enstriman ki pi souvan itilize nan domèn sa a, yo chak itilize yon analizè mas diferan.

Jaden an nan SIMS espektrometri mas ap grandi rapidman e li gen aplikasyon trè enpòtan nan domèn dopaj elemantè nan fabrikasyon semi-conducteurs, mezi eleman fim mens ak lòt materyèl inòganik, rapò izotopik nan linivè a, ak eleman tras sou Latè.
Analiz de estrikti fim mens pa espektrometri mas iyon segondè se yon zouti analyse inik, espesyalman pou analiz materyèl nan diferan kouch mens ak entèraksyon ki genyen ant de kouch adjasan. Analiz la nan karakteristik, domaj oswa kontaminasyon nan echèl la sub-mikwon enpòtan anpil pou anpil aplikasyon endistriyèl, tankou: pwosesis aparèy semi-conducteurs, pwosesis tèt ki gen kapasite difisil, sifas meditativ espesyal, materyèl konpoze, elatriye materyèl konpoze, elatriye.
Anplis de sa, itilizasyon espektrometri mas patikil segondè se yon zouti pwisan pou eksplore nati pwoblèm fwontyè nan syans ak teknoloji, tankou vizyalizasyon selil sèl nan syans lavi yo, kote enfòmasyon sou absòpsyon dwòg, distribisyon, ak metabolis nan selil yo. ka jwenn, epi lokalizasyon dwòg nan tisi oswa selil yo ka etidye, ki enpòtan pou amelyore vize dwòg ak konsepsyon dwòg rasyonèl.
An konklizyon, spèktrometri mas iyon segondè gen yon pakèt aplikasyon: metal, semi-conducteurs, mikwo-elektwonik, ayewospasyal, otomobil, pwodui chimik, byomedikal, sèl-selil, anviwònman an ak lòt jaden, espesyalman nan endistri tradisyonèl semi-conducteurs, sikwi entegre, selil fotovoltaik solè. , elatriye Analiz gen yon wòl trè enpòtan nan li.

Segondè iyon mas spectroscope se yon teknik analiz sifas ki baze sou espektrometri mas. Prensip la nan operasyon nan espektrometri mas iyon segondè baze sou fenomèn nan entèraksyon prensipal ion ak sifas echantiyon an. Iyon prensipal ak yon enèji nan plizyè kilo elèktron volts bonbade sifas echantiyon an, deklanche yon seri de pwosesis fizik ak chimik nan zòn nan bonbade, ki gen ladan gaye iyon prensipal ak sputtering nan atòm sifas, grap atomik, iyon pozitif ak negatif, ak sifas. reyaksyon chimik, sa ki lakòz iyon segondè, ki analize pa analiz mas pou jwenn yon spectre mas enfòmasyon sou sifas echantiyon an, refere yo kòm espektometri mas iyon segondè.
Espektrometri mas ka itilize pou jwenn enfòmasyon molekilè, elemantè, ak izotopik sou sifas echantiyon an, pou detekte distribisyon eleman chimik oswa konpoze sou sifas la ak andedan echantiyon an, epi pou imajine sifas oswa konpozisyon chimik entèn tisi byolojik ak selil yo. , ak jwenn yon imaj ki genyen twa dimansyon nan sifas la oswa konpozisyon chimik entèn nan echantiyon an ak optik sifas echantiyon ak nidite (sputtering nidite vitès ka rive nan 10 μm / èdtan). imaj. Segondè espektrometri mas iyon gen yon sansiblite segondè nan nivo ppm ak menm ppb, epi li ka itilize tou pou imaj konpozisyon mikwo-zòn ak pwofil pwofondè.

Segondè espektwomèt mas iyon sitou konsiste de twa pati: sistèm emisyon iyon prensipal, espektromèt mas, anrejistreman ion segondè, ak sistèm ekspozisyon. De premye yo nan yon chanm vakyòm ak yon presyon <10-7 Pa.
Prensipal sistèm emisyon ion
Sistèm emisyon iyon prensipal la gen ladan yon dèlko ion (oswa zam ion) ak yon lantiy lantiy. Sous iyon an se yon aparèy ki emèt iyon prensipal yo, anjeneral, pa bonbade molekil gaz (tankou gaz inaktif elyòm, lumineuz, agon, elatriye) ak yon reyon elèktron plizyè santèn vòlt, ki ionize molekil gaz yo epi pwodui iyon prensipal yo. Anba aksyon an nan vòltaj, iyon yo emèt soti nan andedan zam la ion ak Lè sa a, pase nan plizyè lantiy elektwomayetik konsantre gwo bout bwa a ion ak iradyasyon sou sifas la nan echantiyon an eksite iyon segondè. Iyon segondè yo prezante nan espektwomèt mas la lè l sèvi avèk yon elektwòd plon ki gen yon vòltaj apeprè 1 K V. Sous iyon prensipal SIMS yo divize an sous emisyon gaz (O2+, O-, N2+, Ar+), sous ionizasyon sifas (Cs+). , Rb+) ak sous emisyon iyon metal metal likid (Ga+, In+).

Espektromèt mas
Yon espektwomèt mas konsiste de yon jaden elektrik ki gen fòm sektè ak yon jaden mayetik ki gen fòm sektè, kote iyon segondè yo antre an premye nan yon jaden elektrik ki gen fòm sektè yo rele yon analizè elektwostatik. Nan jaden elektrik la, iyon yo deplase sou yon òbit sikilè ki gen reyon r. Jaden elektrik la pwodui yon fòs ekivalan a fòs santripèt la.
Reyon òbit k ap deplase r egal a mv2/eE, ki pwopòsyonèl ak enèji ion nan. Se konsa, jaden elektrik sektè a ka fè menm enèji nan iyon pou menm degre defleksyon an. Iyon segondè yo detounen pa jaden elektrik la Lè sa a, antre nan jaden an sektè mayetik (analyser mayetik) pou yon dezyèm konsantre. Fòs Lorentz ki te pwodwi pa flux mayetik la egal ak fòs santripèt la.
Iyon ak diferan rapò mas-a-chaj yo konsantre sou diferan pwen nan sifas la D. Si fant C a fiks epi fòs chan mayetik sektè a chanje, iyon diferan mas antre nan detektè a atravè fant C a, epi fant B la rele fant enèji a, epi chanje lajè fant la chwazi iyon segondè. diferan enèji pou antre nan chan mayetik la.

Sistèm deteksyon ion
Detektè ion la se yon tib miltiplikatè elèktron segondè ak elektwòd koube andedan, epi yo aplike yon vòltaj 100-300 V ant chak elektwòd pou akselere elektwon etap pa etap. Iyon segondè yo pase nan espektwomèt mas la epi yo fè kolizyon dirèkteman ak elektwòd prensipal tib miltiplikatè elèktron, ki pwodui emisyon segondè elèktron. Elektwon segondè yo atire ak akselere pa elektwòd nan dezyèm etap, sou ki plis elektwon segondè yo bonbade, kidonk miltipliye etap pa etap, epi finalman antre nan sistèm nan anrejistreman ak obsèvasyon.
Anrejistreman an ak sistèm obsèvasyon nan iyon segondè se menm jan ak pwofonde elèktron la, ki ka montre imaj la ion segondè sou tib la reyon katod, bay distribisyon an sifas nan yon eleman, oswa trase spectre an mas ion segondè nan tout eleman sou achiv la.

1. Espektwomèt mas iyon segondè a kapab analize tout eleman ki gen ladan idwojèn epi li ka kontwole izotòp (m diferan).

2. Segondè espektwomèt mas ion ka jwenn enfòmasyon sou kouch ki pi supèrfisyèl nan yon echantiyon soti nan 1-3 atòm an pwofondè, e menm atòm ki pi supèrfisyèl nan yon sèl kouch ka detekte.

3. SIMS ka analize konpoze epi jwenn enfòmasyon sou pwa molekilè yo ak estrikti molekilè yo.

4. Espektwomèt mas iyon segondè a gen yon sansiblite segondè pou anpil konpozan, ak kèk enpurte yo detekte jiska ppm (10-6) ak ppb (10-9) nivo, ki se youn nan pi sansib pou analiz sifas (tras B). , O, elatriye).

5. SIMS mas spèktrometri ka itilize pou analiz konpozisyon mikwo-zòn ak pwofil pwofondè, epi li ka jwenn tou yon sèten degre enfòmasyon lasi.

In TOF-SIMS, iyon segondè yo ekstrè nan tib la drift jaden-gratis, ak iyon segondè yo rive nan detektè a ion sou chemen an vòl etabli. Piske vitès yon iyon bay se envès pwopòsyonèl ak mas li, tan vòl li pral varye kòmsadwa, ak iyon ki pi lou rive nan detektè a pita pase sa ki pi lejè. Sa a ki kalite espektwomèt mas ka detekte iyon segondè nan tout polarite bay ansanm ak rezolisyon mas ekselan.
Anplis de sa, paske espektwomèt mas sa yo fèt pou itilize reyon ion enpulsyonèl ki opere nan ranje aktyèl trè ba (pA), yo itil pou analize sifas, izolasyon, ak materyèl mou ki vilnerab a domaj chimik nan iyon.

Fan-field segondè espektwomèt mas iyon anjeneral sèvi ak analizeur elektwostatik ak fanatik-field pou analize vitès ak mas iyon segondè sputtered. Jaden mayetik ki gen fòm fanatik la detounen gwo bout bwa a pou iyon ki pi lejè yo detounen plis pase sa ki pi lou yo, ki gen plis momantòm. Kòm yon rezilta, iyon nan mas diferan pral separe an travès diferan. Jaden elektwostatik yo aplike tou nan travès segondè pou elimine aberasyon kromatik. Enstriman sa yo itil pou analiz pwofon paske yo pi wo kouran fonksyònman yo ak travès kontinyèl yo. Sepandan, lè enstriman sa yo itilize pou analiz sifas ak karakterizasyon echantiyon ki gen tandans fè chaj ak/oswa domaj, yo pa efikas.

A kat-etap poto segondè ion mas spectrometer sèvi ak yon chan elektrik sonan kote sèlman iyon nan yon mas espesifik ka stab pase nan jaden an osile. Menm jan ak enstriman fan-field, enstriman sa yo opere nan pi wo kouran ion epi yo souvan refere yo kòm "dinamik segondè ion mas spèktrometri" enstriman. Pou egzanp, pou pwofil pwofondè sputter ak / oswa pou analiz brit nan echantiyon solid.

a. Lè nou itilize yon espektwomèt mas iyon segondè, li patikilyèman enpòtan pou devlope abitid antretyen regilye, ki pa sèlman ka sèvi ak valè li yo, men tou pwolonje lavi sèvis ekipman an. Se poutèt sa, pou antretyen segondè iyon mas espektwomèt, nou bezwen peye atansyon sou pwen sa yo:

b. Nan premye etap la, solvang òganik pral antre nan ponp lan ak deteksyon echantiyon nan ponp mekanik la, kidonk li nesesè regilyèman louvri valv la chòk gaz ak choke gaz la pou apeprè 20min. Tan chòk gaz la pa ta dwe twò lontan, paske twò lontan ap mennen nan konsomasyon twò vit nan lwil ponp. Dapre kantite lajan an nan deteksyon ajiste frekans nan gaz, jeneralman rekòmande yon fwa pa semèn.

c. Yo ta dwe netwaye kavite sous iyon, twou kòn echantiyon, ak kouvèti ak papye san pousyè ak 50% methanol-dlo, anjeneral, yon fwa pa semèn.

d. Lwil ponp mekanik ponp lan bezwen ranplase regilyèman, anjeneral, yon fwa chak sis mwa. Si lwil ponp lan sanble sal, li bezwen ranplase davans. Lè w ranplase lwil ponp lan, tout lwil ponp lan bezwen vide epi ranplase ak nouvo lwil ponp. Diferan mak lwil ponp pa ka melanje. Pifò espektromèt mas laboratwa sibi antretyen lou pandan jou ferye long.

e. Antretyen jeneral nan adisyon a ranplase ponp lan lwil oliv, pa bezwen egzeyat anba kondisyon an vakyòm, netwayaj entèn ak antretyen nan espektrometri mas yo jeneralman mwens fè, sijere enjenyè antretyen fè, pati metal entèn yo ka poli ak poud alumina, lòt konpozan fè atansyon pa kouri nan reyaktif òganik, espesyalman bag la sele ak sou sa.

f. Pi wo a se metòd antretyen regilye nan espektromèt mas iyon segondè, antretyen regilye ka diminye frekans echèk enstriman an pou yon ekstansyon pou lavi sèvis li yo.

Si ou enterese nan nou an espektrometri mas iyon segondè oswa ou gen nenpòt kesyon, tanpri ekri yon imèl bay [imèl pwoteje], nou pral reponn ou pi vit ke posib.