二次离子质谱SIMS资料下载.pdf
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子就得到二次离子质谱。
SIMS的主要特点：
的主要特点：
1.具有很高的检测极限具有很高的检测极限对杂质检测限通常为对杂质检测限通常为ppm，甚至达，甚至达ppb量级量级2.能能分析化合物分析化合物，得到其分子量及分子，得到其分子量及分子结构的信息结构的信息3.能检测包括氢在内的能检测包括氢在内的所有元素及同位素所有元素及同位素4.可以在超高真空条件下获取样品可以在超高真空条件下获取样品表层表层信息信息5.能进行微区成分的成象及深度剖面分析能进行微区成分的成象及深度剖面分析离子溅射离子溅射溅射：
溅射：
一定能量的离子束一定能量的离子束轰击固体表面引起表面的轰击固体表面引起表面的原子或分子射出。
原子或分子射出。
入射粒子的能量必须入射粒子的能量必须超过受轰击材料表面的阈超过受轰击材料表面的阈值。
值。
SIMS:
10SIMS:
10-20KeV20KeV。
溅射的粒子一般以中溅射的粒子一般以中性为主，其中有一部分带性为主，其中有一部分带有正、负电荷，这就是二有正、负电荷，这就是二次离子。
次离子。
离子溅射离子溅射物理溅射：
物理溅射：
入射粒子将动能转移给靶原子使之出射的入射粒子将动能转移给靶原子使之出射的动力学过程。
动力学过程。
-多在中、高能量多在中、高能量（keVkeV-MeVMeV）粒子轰击粒子轰击条件下发生。
条件下发生。
化学溅射：
入射粒子使靶表面发生化学反应，从而切入射粒子使靶表面发生化学反应，从而切断某些化学健使原子或原子团出射的化学过程。
断某些化学健使原子或原子团出射的化学过程。
可延可延续到更低的能量范围，在电子伏特量级仍有显著的溅续到更低的能量范围，在电子伏特量级仍有显著的溅射效应。
射效应。
离子离子溅射溅射（电离电离及二次离子及二次离子发射发射）溅射产额溅射产额（sputteringyield）:
平均每个入射的一次离平均每个入射的一次离子所产生的溅射原子总数。
子所产生的溅射原子总数。
S=S=出射出射的粒子数的粒子数/入射粒子总数入射粒子总数溅射溅射时从表面射出的粒子可能是中性粒子或带有不时从表面射出的粒子可能是中性粒子或带有不同电荷同电荷正离子正离子（+）（+）、负离子、负离子（-）、或多重电离。
对于、或多重电离。
对于AxByAxBy的化合物：
的化合物：
S=（A+）+（B+）+（A-）+（B-）+（A2+）+（B2+）+（A2-）+（B2-）+（A2+）+（B2+）+（AnP）+（BnP）+（A2B+）+（A2B-）+（AnBmP）+（A0）+（B0）+（AB0）+（A20）+（A20）+（AnBm0）/Ip离子离子溅射与二次离子质谱溅射与二次离子质谱描述溅射现象的主要参数是描述溅射现象的主要参数是溅射阈能溅射阈能和和溅射产额溅射产额。
溅射溅射阈能指的是开始出现溅射时阈能指的是开始出现溅射时，初级离子所需初级离子所需的能量的能量。
溅射产额溅射产额决定接收到的二次离子的多少决定接收到的二次离子的多少，它与它与入入射离子能量射离子能量、入射角度入射角度、原子序数原子序数均有一定的关系均有一定的关系，并与靶原子并与靶原子的原子序数的原子序数、晶格晶格取向有关取向有关。
Cu的溅射产额与入射能量的关系的溅射产额与入射能量的关系是入射方向与是入射方向与样品法向的夹角样品法向的夹角。
当当=60o70o时时，溅射产额最大溅射产额最大，但对不同的材料但对不同的材料，增大情况不同增大情况不同。
相对溅射产额与离子入射角度的关系相对溅射产额与离子入射角度的关系溅射产额与入射离子原子序数的关系溅射产额与入射离子原子序数的关系图中是图中是ArAr+在在400eV400eV时对一些元素的溅射时对一些元素的溅射产额，并给出了元素产额，并给出了元素的升华热倒数，说明的升华热倒数，说明溅射产额与元素的升溅射产额与元素的升华热具有一定的联系。
华热具有一定的联系。
溅射产额与元素的升溅射产额与元素的升华热倒数的对比华热倒数的对比溅射产额与晶格取向的关系溅射产额与晶格取向的关系在在1001000eV下，用下，用Hg+垂直入射垂直入射Mo和和Fe的溅射粒子的角分布的溅射粒子的角分布=60o时时W靶的溅射粒子的角分布靶的溅射粒子的角分布溅射粒子能量分布曲线溅射粒子能量分布曲线最可几能量分布范围：
最可几能量分布范围：
11-10eV10eV与入射离子能量无关与入射离子能量无关原子离子：
峰宽，有长拖尾原子离子：
峰宽，有长拖尾带电原子团：
能量分布窄，最带电原子团：
能量分布窄，最可几能量低，拖尾短可几能量低，拖尾短利用上述性质，采用能量过利用上述性质，采用能量过滤器，可滤掉低能原子团。
滤器，可滤掉低能原子团。
SIMS基体效应基体效应17种元素的二次离子产额种元素的二次离子产额金金属属清洁表面清洁表面覆氧表面覆氧表面金金属属清洁表面清洁表面覆氧表面覆氧表面MgAlTiVCrMnBaTaW0.010.0070.00130.0010.00120.00060.00020.000070.000090.90.70.40.31.20.30.030.020.035FeNiCuSrNbMoSiGe0.00150.00060.00030.00020.00060.000650.00840.00440.350.0450.0070.160.050.40.580.02SIMS二次离子发射规律二次离子发射规律基体效应基体效应由于由于其他成分的存在，同一元素的二次离子产其他成分的存在，同一元素的二次离子产额会发生变化，这就是额会发生变化，这就是SIMSSIMS的“基体效应”。
的“基体效应”。
清洁表面元素的正二次离子产额在清洁表面元素的正二次离子产额在10-510-2范围内。
范围内。
表面覆氧后，离子产额增加表面覆氧后，离子产额增加23个量级。
个量级。
SIMS二二次离子发射规律次离子发射规律基体效应基体效应Al+的流通率随时的流通率随时间变化的曲线间变化的曲线合金中合金中Ni+的相对电离几率的相对电离几率硅的硅的二次离子质谱二次离子质谱图图负谱图负谱图正正谱图谱图发射二次离子的类型发射二次离子的类型离子离子溅射与二次离子质谱溅射与二次离子质谱在超高真空条件下，在清在超高真空条件下，在清洁的纯洁的纯Si表面通入表面通入20L的氧的氧气后得到的正、负离子谱，气后得到的正、负离子谱，并忽略了同位素及多荷离并忽略了同位素及多荷离子等成份。
除了有硅、氧子等成份。
除了有硅、氧各自的谱峰外，还有各自的谱峰外，还有SimOn（m,n=1,2,3）原子团离原子团离子发射。
应当指出，用氧子发射。
应当指出，用氧离子作为入射离子或真空离子作为入射离子或真空中有氧的成分均可观察到中有氧的成分均可观察到MemOn（Me为金属为金属）综上所述，综上所述，SIMS能给出一价离子能给出一价离子（是识别该是识别该元素存在的主要标志元素存在的主要标志）、多荷离子、原子团、多荷离子、原子团离子离子（如（如Si2+，Si3+），），化合物的分子离子以至重排化合物的分子离子以至重排离子，亚稳离子及入射离子与样品表面相互作用离子，亚稳离子及入射离子与样品表面相互作用后生成的离子及环境作用后生成的离子及环境作用（如吸附如吸附）产生的离子谱，产生的离子谱，因而提供了十分丰富的表面信息。
因而提供了十分丰富的表面信息。
二、二次离子质谱二、二次离子质谱仪仪二次离子质二次离子质谱谱仪至少包括主真仪至少包括主真空室、样品架及送空室、样品架及送样系统、离子枪、样系统、离子枪、二次离子分析器和二次离子分析器和离子流计数及数据离子流计数及数据处理系统等五部分。
处理系统等五部分。
SIMS主机示意图主机示意图质谱分析器（二次离子分析器）种类：
质谱分析器（二次离子分析器）种类：
磁质谱磁质谱四极质谱四极质谱（QuadrupoleMassSpectrometer）飞行时间质谱飞行时间质谱（TimeofFlightMassSpectrometer）分辨率高；
笨重、扫描速度慢分辨率高；
笨重、扫描速度慢磁质谱计磁质谱计利用不同动量的离子在磁场中偏转半径不同，将不同质荷利用不同动量的离子在磁场中偏转半径不同，将不同质荷比的离子分开。
比的离子分开。
四极质谱（四极质谱（QMS）通过高频与直流电场使特定质荷比的离子以稳定轨迹穿过四通过高频与直流电场使特定质荷比的离子以稳定轨迹穿过四级场，质量较大或较小的离子由于轨迹不稳定而打到四级杆级场，质量较大或较小的离子由于轨迹不稳定而打到四级杆上，从而达到质量分析的目的。
上，从而达到质量分析的目的。
特点：
结构结构简单、操作方便、扫速快简单、操作方便、扫速快；
质量范围；
质量范围小、质量小、质量歧视歧视飞行时间质谱飞行时间质谱TOF由于相同能量不同质荷比的离子飞行速度不同，用脉冲方式引出由于相同能量不同质荷比的离子飞行速度不同，用脉冲方式引出离子并经过一段飞行，它们会分别在不同时间到达收集极，从而离子并经过一段飞行，它们会分别在不同时间到达收集极，从而得到质谱。
得到质谱。
大大质量范围质量范围；
高；
高分辨、样品利用率高分辨、样品利用率高主要工作模式主要工作模式
（1）静态）静态SIMS获得真正表面单层信息获得真正表面单层信息静态静态SIMS要求分析室的要求分析室的真空度优于真空度优于10-7Pa，从而使分从而使分析时表面不会被真空环境干扰。
初级离子束的析时表面不会被真空环境干扰。
初级离子束的能量低于能量低于5keV，束流密度降到束流密度降到nA/cm2量级量级，使表面单层的寿命从几，使表面单层的寿命从几分之一秒延长到几个小时。
分之一秒延长到几个小时。
利用较低能量和束流的一次束利用较低能量和束流的一次束，使溅射速率降低到使溅射速率降低到表面单层在分析时的变化可以忽略不计的程度表面单层在分析时的变化可以忽略不计的程度，甚至在分甚至在分析时间内只发射析时间内只发射12个二次离子个二次离子。
（2）动态）动态SIMS痕量元素的体分析痕量元素的体分析为了提高分析灵敏度，采用很高的溅射率，即用大束流、为了提高分析灵敏度，采用很高的溅射率，即用大束流、较高能量较高能量（数数keV20keV）的一次束，靠快速剥蚀不断地对新的一次束，靠快速剥蚀不断地对新鲜表面进行分析，测到的是体内的成分。
鲜表面进行分析，测到的是体内的成分。
成分成分-深度剖析深度剖析选取二次离子质谱上的一个或几个峰，在较高的溅射速选取二次离子质谱上的一个或几个峰，在较高的溅射速率下，连续记录其强度随时间的变化，得到近表面层的成率下，连续记录其强度随时间的变化，得到近表面层的成分分深度剖图。
深度剖图。
离子探针离子探针离子探针即离子微探针质量分析器离子探针即离子微探针质量分析器，有时也称有时也称扫描扫描离子显微镜离子显微镜（SIM）。
它是通过离子束在样品表面上扫描它是通过离子束在样品表面上扫描而实现离子质谱成像的而实现离子质谱成像的。
初级离子初级离子束斑直径最小可达束斑直径最小可达1-2m，甚至更低甚至更低。
初级离子束的最大能量一般为初级离子束的最大能量一般为20keV，初级初级束流密度为束流密度为mA/cm2量级量级。
离子显微镜离子显微镜离子显微镜离子显微镜（IM）即直接成像质量分析器即直接成像质量分析器（
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