X'inhi l-ispettrometrija tal-massa tal-jone sekondarja?
Spettrometrija tal-massa tal-jone sekondarja (SIMS) huwa l-proċess ta ' sputtering partiċelli sekondarji mill-wiċċ ta' kampjun billi tiġi bbumbardjata l-wiċċ b'raġġ ta' joni primarji ta' enerġija għolja, li jikkawża li l-atomi jew gruppi ta' atomi fuq il-wiċċ jassorbu l-enerġija, u dawn il-partiċelli ċċarġjati jgħaddu minn analizzatur tal-massa biex tinkiseb mappa tal-wiċċ tal-kampjun.
F'esperimenti SIMS konvenzjonali, raġġi joniċi primarji enerġetiċi, bħal jonji Ga, Cs, jew Ar, huma ffokati fuq il-wiċċ ta 'kampjun solidu taħt kundizzjonijiet ultra-vakwu. Ir-raġġ tal-jone primarju jinteraġixxi mal-kampjun u l-joni sekondarji huma sputtered u desorbiti mill-wiċċ tal-materjal. Dawn il-joni sekondarji huma mbagħad estratti f'analizzatur tal-massa, li jippreżenta mappa spettrometrika tal-massa bil-karatteristiċi tal-wiċċ analizzat u jipproduċi informazzjoni elementali, iżotopika u molekulari b'sensittività fil-medda ppm sa ppb. Hemm tliet tipi bażiċi ta 'strumenti SIMS l-aktar użati komunement f'dan il-qasam, kull wieħed juża analizzatur tal-massa differenti.
Applikazzjoni ta' spettrometrija tal-massa tal-jone sekondarju
Il-qasam ta ' spettrometrija tal-massa SIMS qed jikber malajr u għandu applikazzjonijiet importanti ħafna fl-oqsma tad-doping elementali fil-manifattura tas-semikondutturi, kejl tal-komponenti ta 'films irqaq u materjali inorganiċi oħra, proporzjonijiet iżotopiċi fl-univers, u oligoelementi fid-Dinja.
L-analiżi ta 'strutturi ta' film irqiq mill-ispettrometrija tal-massa tal-jone sekondarja hija għodda analitika unika, speċjalment għall-analiżi ta 'materjali f'saffi rqaq differenti u l-interazzjoni bejn żewġ saffi ħdejn xulxin. L-analiżi tal-karatteristiċi, difetti jew kontaminazzjoni fuq l-iskala sub-micron hija kruċjali għal ħafna applikazzjonijiet industrijali, bħal: ipproċessar ta 'apparat semikonduttur, ipproċessar tar-ras tal-hard disk, uċuħ li jirriflettu speċjali, materjali komposti, eċċ materjali komposti, eċċ.
Barra minn hekk, l-użu tal-ispettrometrija tal-massa tal-partiċelli sekondarji huwa għodda b'saħħitha biex tiġi esplorata n-natura tal-kwistjonijiet tal-fruntiera fix-xjenza u t-teknoloġija, bħall-viżwalizzazzjoni ta 'ċelluli singoli fix-xjenzi tal-ħajja, fejn informazzjoni dwar l-assorbiment, id-distribuzzjoni u l-metaboliżmu tad-droga fiċ-ċelloli jista 'jinkiseb, u l-lokalizzazzjoni ta' mediċini f'tessuti jew ċelloli tista 'tiġi studjata, li hija importanti għat-titjib tal-mira tad-droga u d-disinn razzjonali tad-droga.
Bħala konklużjoni, l-ispettrometrija tal-massa tal-jone sekondarja għandha firxa wiesgħa ta 'applikazzjonijiet: metalli, semikondutturi, mikroelettronika, aerospazjali, awtomotivi, kimiċi, bijomediċi, b'ċellula waħda, ambjentali u oqsma oħra, speċjalment fl-industrija tradizzjonali tas-semikondutturi, ċirkwiti integrati, ċelloli fotovoltajċi solari , eċċ Analiżi għandha rwol importanti ħafna fiha.
Prinċipju ta' ħidma tal-ispettrometrija tal-massa tal-jone sekondarju
Spettroskopju tal-massa tal-jone sekondarju hija teknika ta' analiżi tal-wiċċ ibbażata fuq l-ispettrometrija tal-massa. Il-prinċipju tat-tħaddim tal-ispettrometrija tal-massa tal-jone sekondarju huwa bbażat fuq il-fenomenu tal-interazzjoni tal-jone primarju mal-wiċċ tal-kampjun. Ioni primarji b'enerġija ta 'diversi kilo electron volt jibbumbardjaw il-wiċċ tal-kampjun, li jikkawżaw serje ta' proċessi fiżiċi u kimiċi fiż-żona bbumbardjata, inkluż it-tifrix tal-jone primarju u t-tifrix ta 'atomi tal-wiċċ, clusters atomiċi, joni pożittivi u negattivi, u wiċċ reazzjonijiet kimiċi, li jirriżultaw f'joni sekondarji, li huma analizzati b'analiżi tal-massa biex jinkiseb spettru tal-massa ta 'informazzjoni dwar il-wiċċ tal-kampjun, imsejħa spettrometrija tal-massa tal-jone sekondarja.
L-ispettrometrija tal-massa tista' tintuża biex tikseb informazzjoni molekulari, elementali u iżotopika fuq il-wiċċ tal-kampjun, biex tiskopri d-distribuzzjoni ta 'elementi kimiċi jew komposti fuq il-wiċċ u ġewwa l-kampjun, u biex tixbiha l-wiċċ jew il-kompożizzjoni kimika interna ta' tessuti u ċelloli bijoloġiċi , u biex tinkiseb immaġni tridimensjonali tal-wiċċ jew tal-kompożizzjoni kimika interna tal-kampjun bi skannjar u tqaxxir tal-wiċċ tal-kampjun (il-veloċità tat-tqaxxir ta 'sputtering tista' tilħaq 10 μm/siegħa). immaġini. L-ispettrometrija tal-massa tal-jone sekondarja għandha sensittività għolja għal-livelli ta 'ppm u anke ppb, u tista' tintuża wkoll biex tistampa l-kompożizzjoni tal-mikro-żona u l-profil tal-fond.
Kompożizzjoni tal-ispettrometrija tal-massa tal-jone sekondarju
Massa ta' jone sekondarju ispettrometru tikkonsisti prinċipalment fi tliet partijiet: sistema ta 'emissjoni ta' joni primarja, spettrometru tal-massa, reġistrazzjoni ta 'jone sekondarju, u sistema ta' wiri. L-ewwel tnejn huma f'kamra tal-vakwu bi pressjoni ta '<10-7 Pa.
Sistema primarja ta 'emissjoni ta' joni
Is-sistema primarja tal-emissjoni tal-joni tinkludi ġeneratur tal-joni (jew pistoli tal-joni) u lenti tal-lenti. Is-sors tal-jone huwa apparat li jarmi joni primarji, ġeneralment billi jibbumbardja molekuli tal-gass (bħal gassijiet inerti elju, neon, argon, eċċ.) B'raġġ ta 'elettroni ta' diversi mijiet ta 'volts, li jonizza l-molekuli tal-gass u jipproduċi joni primarji. Taħt l-azzjoni tal-vultaġġ, il-jonji jiġu emessi minn ġewwa l-pistola tal-jone u mbagħad jgħaddu minn diversi lentijiet elettromanjetiċi biex jiffokaw ir-raġġ tal-jone u jiġu irradjati fuq il-wiċċ tal-kampjun biex jeċitaw jonji sekondarji. Il-joni sekondarji huma introdotti fl-ispettrometru tal-massa bl-użu ta 'elettrodu taċ-ċomb b'vultaġġ ta' madwar 1 K V. Is-sorsi tal-joni primarji ta 'SIM huma maqsuma f'sorsi ta' emissjoni ta 'gass (O2+, O-, N2+, Ar+), sorsi ta' jonizzazzjoni tal-wiċċ (Cs+). , Rb+) u sorsi ta' emissjoni tal-jone tal-kamp tal-metall likwidu (Ga+, In+).
Spettrometru tal-massa
Spettrometru tal-massa jikkonsisti f'kamp elettriku f'forma ta 'settur u kamp manjetiku f'forma ta' settur, fejn joni sekondarji l-ewwel jidħlu f'kamp elettriku f'forma ta 'settur imsejjaħ analizzatur elettrostatiku. Fil-kamp elettriku, il-jonji jimxu tul orbita ċirkolari ta 'raġġ r. Il-kamp elettriku jipproduċi forza ekwivalenti għall-forza ċentripetali.
Ir-raġġ ta 'l-orbita li tiċċaqlaq r huwa ugwali għal mv2/eE, li huwa proporzjonali għall-enerġija tal-jone. Allura l-kamp elettriku tas-settur jista 'jagħmel l-istess enerġija ta' joni għall-istess grad ta 'deflessjoni. Il-jonji sekondarji devjati mill-kamp elettriku mbagħad jidħlu fil-kamp manjetiku tas-settur (analizzatur manjetiku) għat-tieni fokus. Il-forza Lorentz ġġenerata mill-fluss manjetiku hija ugwali għall-forza ċentripetali.
Ioni bi proporzjonijiet differenti tal-massa għall-iċċarġjar huma ffokati fuq punti differenti tal-wiċċ tal-immaġini. Jekk il-qasma C hija ffissata u s-saħħa tal-kamp manjetiku tas-settur tinbidel, joni ta 'mases differenti jidħlu fid-ditekter permezz tal-qasma C, u l-qasma B tissejjaħ il-qasma tal-enerġija, u tbiddel il-wisa' tal-qasma tagħżel joni sekondarji ta ' enerġiji differenti biex jidħlu fil-kamp manjetiku.
Sistema ta 'detezzjoni tal-joni
Id-ditekter tal-joni huwa tubu multiplikatur tal-elettroni sekondarju b'kurvatura elettrodi ġewwa, u vultaġġ ta' 100-300 V jiġi applikat bejn kull elettrodu biex jaċċellera l-elettroni pass pass. L-joni sekondarji jgħaddu mill-ispettrometru tal-massa u jaħbtu direttament mal-elettrodu primarju tat-tubu multiplikatur tal-elettroni, u jipproduċu emissjoni ta' elettroni sekondarji. L-elettroni sekondarji jiġu attirati u aċċellerati mit-tieni elettrodu tal-istadju, li fuqu jiġu bbumbardjati aktar elettroni sekondarji, u b'hekk jimmultiplikaw pass pass, u finalment jidħlu fis-sistema ta' reġistrazzjoni u osservazzjoni.
Is-sistema ta 'reġistrazzjoni u osservazzjoni ta' joni sekondarji hija simili għas-sonda tal-elettroni, li tista 'turi l-immaġni tal-jone sekondarja fuq it-tubu tar-raġġi katodiċi, tagħti d-distribuzzjoni tal-wiċċ ta' element, jew tiġbed l-ispettru tal-massa tal-jone sekondarju tal-elementi kollha fuq ir-reġistratur.
Vantaġġi sekondarji tal-ispettrometrija tal-massa tal-jone
1. L-ispettrometru tal-massa tal-jone sekondarju huwa kapaċi janalizza l-elementi kollha inkluż l-idroġenu u jista 'jissorvelja l-iżotopi (m differenti).
2. Spettrometri tal-massa tal-jone sekondarju jistgħu jiksbu informazzjoni fuq l-aktar saff superfiċjali ta 'kampjun minn 1-3 atomi fil-fond, u anke l-aktar atomi superfiċjali ta' saff wieħed jistgħu jiġu skoperti.
3. SIMS jistgħu janalizzaw il-komposti u jiksbu informazzjoni dwar il-piż molekulari u l-istruttura molekulari tagħhom.
4. L-ispettrometru tal-massa tal-jone sekondarju għandu sensittività għolja għal ħafna komponenti, u xi impuritajiet jiġu skoperti sa livelli ppm (10-6) u ppb (10-9), li huwa wieħed mill-aktar sensittivi għall-analiżi tal-wiċċ (traċċa B , O, eċċ.).
5. L-ispettrometrija tal-massa SIMS tista 'tintuża għall-analiżi tal-kompożizzjoni tal-mikro-żona u l-profil tal-fond, u tista' wkoll tikseb ċertu grad ta 'informazzjoni tal-kannizzata.
Tipi ta' spettrometrija tal-massa tal-jone sekondarju
Spettrometru tal-massa tal-jone sekondarju tal-ħin tat-titjira (ToF-SIMS)
In TOF-SIMS, il-joni sekondarji huma estratti għat-tubu tad-drift mingħajr kamp, u l-joni sekondarji jaslu fid-ditekter tal-joni tul il-mogħdija tat-titjira stabbilita. Peress li l-veloċità ta 'jone partikolari hija inversament proporzjonali għall-massa tiegħu, il-ħin tat-titjira tiegħu jvarja skont dan, b'jonji itqal jaslu fid-ditekter aktar tard minn dawk eħfef. Dan it-tip ta 'spettrometru tal-massa jista' jiskopri joni sekondarji tal-polaritajiet kollha mogħtija simultanjament b'riżoluzzjoni tal-massa eċċellenti.
Barra minn hekk, minħabba li spettrometri tal-massa bħal dawn huma ddisinjati biex jutilizzaw raġġi joniċi pulsati li joperaw fil-medda ta 'kurrent baxx ħafna (pA), huma utli għall-analiżi ta' uċuħ, iżolaturi u materjali rotob li huma vulnerabbli għal ħsara kimika mill-joni.
Spettrometru tal-massa tal-jone sekondarju tal-fan-field
Fan-field sekondarja spettrometri tal-massa tal-joni normalment jużaw analizzaturi elettrostatiċi u fan-field biex janalizzaw il-veloċità u l-massa ta 'jonji sekondarji sputtered. Il-kamp manjetiku f'forma ta 'fann jiddevja r-raġġ sabiex jonji eħfef jiddevjaw aktar minn dawk itqal, li għandhom aktar momentum. Bħala riżultat, jonji ta 'mases differenti se jisseparaw fi travi differenti. Kampi elettrostatiċi huma applikati wkoll għal raġġi sekondarji biex jiġu eliminati l-aberrazzjonijiet kromatiċi. Dawn l-istrumenti huma utli għal analiżi profonda minħabba l-kurrenti operattivi ogħla u r-raġġi kontinwi tagħhom. Madankollu, meta dawn l-istrumenti jintużaw għall-analiżi tal-wiċċ u l-karatterizzazzjoni ta 'kampjuni suxxettibbli għal ħlas u/jew ħsara, mhumiex effettivi.
Spettrometru tal-massa tal-jone sekondarju erba 'poli
A spettrometru tal-massa tal-jone sekondarju ta 'erba' stadji juża kamp elettriku reżonanti fejn joni ta' massa speċifika biss jistgħu jgħaddu b'mod stabbli mill-kamp oxxillanti. Simili għall-istrumenti tal-kamp fann, dawn l-istrumenti joperaw b'kurrenti ta' joni ogħla u ħafna drabi jissejħu strumenti ta' "spettrometrija tal-massa ta' joni sekondarji dinamiċi". Pereżempju, għall-profilar tal-fond tal-isputtering u/jew għall-analiżi grossa ta' kampjuni solidi.
Kif iżżomm l-ispettrometrija tal-massa tal-jone sekondarja?
a. Meta nużaw spettrometru tal-massa tal-jone sekondarju, huwa partikolarment importanti li jiġu żviluppati drawwiet ta 'manutenzjoni regolari, li jistgħu mhux biss jagħmlu użu sħiħ mill-valur tiegħu iżda wkoll jestendu l-ħajja tas-servizz tat-tagħmir. Għalhekk, għall-manutenzjoni tal-ispettrometru tal-massa tal-jone sekondarju, irridu nagħtu attenzjoni għall-punti li ġejjin:
b. Fl-istadju bikri, solventi organiċi se jidħlu fil-pompa bl-iskoperta ta 'kampjuni fil-pompa mekkanika, għalhekk huwa meħtieġ li regolarment tiftaħ il-valv ta' xokk tal-gass u xokk il-gass għal madwar 20min. Il-ħin tax-xokk tal-gass m'għandux ikun twil wisq, għax twil wisq iwassal għal konsum mgħaġġel wisq taż-żejt tal-pompa. Skond l-ammont ta 'skoperta biex taġġusta l-frekwenza tal-gass, huwa ġeneralment rakkomandat darba fil-ġimgħa.
c. Il-kavità tas-sors tal-jone, it-toqba tal-kon tal-kampjunar, u l-għatu għandhom jitnaddfu b'karta mingħajr trab u 50% metanol-ilma, ġeneralment darba fil-ġimgħa.
d. Iż-żejt tal-pompa tal-pompa mekkanika jeħtieġ li jiġi sostitwit regolarment, ġeneralment darba kull sitt xhur. Jekk iż-żejt tal-pompa jidher maħmuġ, jeħtieġ li jiġi sostitwit minn qabel. Meta tissostitwixxi ż-żejt tal-pompa, iż-żejt tal-pompa kollu jeħtieġ li jitferra 'u mbagħad jinbidel b'żejt tal-pompa ġdid. Marki differenti ta 'żejt tal-pompa ma jistgħux jitħalltu. Ħafna mill-ispettrometri tal-massa tal-laboratorju jgħaddu minn manutenzjoni qawwija waqt vaganzi twal.
e. Manutenzjoni ġenerali minbarra li tissostitwixxi l-pompa taż-żejt, m'għandhiex bżonn tiskarika taħt il-kondizzjoni tal-vakwu, it-tindif intern u l-manutenzjoni tal-ispettrometrija tal-massa huma ġeneralment inqas tagħmel, tissuġġerixxi lill-inġinier tal-manutenzjoni biex tagħmel, partijiet tal-metall interni jistgħu jiġu illustrati bi trab tal-alumina, oħrajn komponenti oqgħod attent li ma tidħolx f'reaġenti organiċi, speċjalment iċ-ċirku tas-siġillar u l-bqija.
f. Dan ta 'hawn fuq huwa l-metodu ta' manutenzjoni regolari tal-ispettrometru tal-massa tal-jone sekondarju, manutenzjoni regolari tista 'tnaqqas il-frekwenza tal-falliment tal-istrument biex testendi l-ħajja tas-servizz tiegħu.