Hmotnostní spektrometrie sekundárních iontů (SIMS)

Z Enpedie
Přejít na: navigace, hledání

Hmotnostní spektrometrie sekundárních iontů je fyzikálně-chemická analytická metoda na analýzu prvkového, molekulárního a izotopického složení povrchů a tenkých vrstev látek v pevném skupenství. Princip metody spočívá v použití zfokusovaného iontového svazku (primárních iontů) na lokalizované odprašování povrchu vzorku a v následné hmotnostně spektrometrické detekci emitovaných (sekundárních) iontů. Na základě celkové dávky primárních iontů na vzorek lze SIMS rozdělit na Statický SIMS a Dynamický SIMS. SIMS se vyznačuje největší absolutní citlivostí ze všech povrchově analytických metod, schopností analyzovat všechny prvky periodické tabulky, možností provádět přesnou lokalizovanou izotopickou analýzu, možností měřit hloubkové koncentrační profily s vysokým hloubkovým rozlišením a možností prvkového i molekulárního zobrazování povrchu s vysokým obrazovým rozlišením. S pomocí kalibračních standardů lze provádět přesnou kvantitativní analýzu. Tyto atributy předurčují SIMS pro uplatnění v širokém spektru technický a přírodovědných oborů, např. v materiálovém výzkumu, forenzní analýze, mikroelektronice, geochemii, kosmochemii, biologii. Existují tři konstrukční typy SIMS: kvadrupólový SIMS, TOF SIMS, magnetický SIMS s dvojitou fokusací.

Statický SIMS

Statický SIMS je režim analýzy SIMS, při kterém je povrch vzorku vystaven velmi malé dávce dopadajících iontů (menší než 1012 iontů/cm2), při které dojde k zanedbatelnému odprašování vzorku a tím i k minimálnímu poškození povrchu vzorku (méně než 1% plochy). Tato dávka se také nazývá statistickým limitem. V této situaci je pravděpodobnost, že každý iont dopadne na nepoškozené místo blízká 100%. Tento režim analýzy je výhodný pro získání informace o molekulárním složení povrchu a pro molekulární zobrazování povrchu. Vhodnou konstrukcí pro statický SIMS je TOF SIMS.

Dynamický SIMS

Dynamický SIMS je režim analýzy SIMS, při kterém je povrch vzorku vystaven vysoké dávce dopadajících iontů (větší než 1015 iontů/cm2), při které dojde k odprašování vzorku a vzniku mikrokráteru. Zároveň s odprašováním materiálu vzorku dochází k implantaci iontů primárního iontového svazku. Primární ionty a materiál vzorku se při tomto procesu promíchávají a po určité době dojde k ustavení (dynamického) rovnovážného stavu, který je charakterizován konstantní odprašovací rychlosti a vznikem pozměněné vrstvy. Tento režim analýzy je zejména výhodný pro měření hloubkových koncentračních profilů. Analýzy mimo statistický limit umožňují vyšší citlivost a tím i vyšší obrazové rozlišení (50 nm a méně). Kvantitativní analyzu SIMS lze provádět pouze za rovnovážného stavu. Vhodnými konstrukcemi pro dynamický SIMS je magnetický SIMS s dvojitou fokusací a kvadrupólový SIMS.