《次离子质谱SIMS》PPT课件

《《次离子质谱SIMS》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、二次离子质谱二次离子质谱(SecondaryIonMassSpectrometry简称SIMS)一、简介二、离子与表面的相互作用三、溅射的基本规律四、二次离子发射的基本规律五、二次离子质谱分析技术六、二次离子分析方法七、二次离子质谱的研究新方向八、总结一、简介SIMS是一种重要的材料成分分析方法，在微电子、光电子、材料科学、催化、薄膜和生物领域有广泛应用。一次束：具有一定能量的离子检测信息：产生的正、负二次离子的质量谱(或m/e谱)SIMS的主要特点：1.具有很高的检测极限对杂质检测限通常为ppm，甚至达ppb量级2.能分析化合物，得到其分子

2、量及分子结构的信息3.能检测包括氢在内的所有元素及同位素4.获取样品表层信息5.能进行微区成分的成象及深度剖面分析SIMS的原理示意图二、离子与表面的相互作用离子束与表面的相互作用，用单个离子与表面的作用来处理，通常：一次束流密度<10－6A/cm2一个离子与表面相互作用总截面<10nm2一个离子与表面相互作用引起各种过程弛豫时间<10－12秒一次离子固体表层发射出表面背散射离子溅射原子、分子和原子团(中性、激发态或电离)反弹溅射留在固体内离子注入反弹注入离子与固体表面相互作用引起的重粒子发射过程溅射(Sputtering)现象：粒子获得离开

3、表面的动量，且其能量大于体内结合能时产生二次发射，这种现象叫做溅射。其它效应…三、溅射的基本规律(实验规律)1.研究溅射的重要性：SIMS的分析对象是溅射产物－正、负二次离子溅射的多种用途：在各种分析仪器中产生深度剖面清洁表面减薄样品溅射镀膜真空获得(溅射离子泵)2.溅射产额(S)：一个离子打到固体表面上平均溅射出的粒子数。与下列因素有关：(1)入射离子能量(2)一次离子入射角(3)入射离子原子序数(4)样品原子序数(5)靶材料的晶格取向通常，当入射离子能量在500eV-5keV时，溅射产额为1－10atom/ion。溅射产物90％为中性粒子

4、。3.溅射速率：单位时间溅射的厚度其中z：溅射速率S:溅射产额Jp：一次束流密度Ip：束流强度M：靶原子原子量ρ:靶材料的密度A：束斑面积4.特殊说明：Δ溅射产额与样品表面关系甚大。Δ对于多组分的靶，由于溅射产额的不同会发生择优溅射，使表面组分不同于体内。四、二次离子发射的基本规律1.发射离子的种类（1）纯元素样品Δ一价正、负离子及其同位素(保持天然丰度比)Δ多荷离子：在质谱图上出现在一价离子质量数的1/2、1/3处Δ原子团（2）通氧后原子团及化合物（3）有机物样品分子离子、碎片离子(给出化合物分子量及分子结构信息)硅的二次离子质谱－－正谱图

5、硅的二次离子质谱－－负谱图Si(111)注O2表面二次离子质谱－－正谱图Si(111)注O2表面二次离子质谱－－负谱图2．二次离子产额S＋或S－：一个一次离子平均打出的二次离子个数。（1）与样品原子序数关系明显的周期性关系S＋：电离能↗S＋↘S－：电子亲和势↗S－↘各种元素离子产额差异大，可达4个数量级（2）与化学环境关系被氧覆盖前后：纯元素二次离子产额增大2-3个数量级多荷离子和原子团则表现出不同的规律（3）基体效应同一元素的二次离子产额因其它成分的存在而改变。二次离子的发射与中性原子溅射不同，由于涉及电子转移，因此与化学态密切相关，其它成

6、分的存在影响了电子态。（4）与入射离子种类关系惰性元素离子：Ar+,Xe+电负性离子：O2+,O－,F－,Cl－,I－电正性离子：Cs+电负性离子可大大提高正二次离子产额电正性离子可大大提高负二次离子产额它们随靶原子序数变化规律不同，在实际应用中可相互补充。（5）与一次离子能量关系与溅射规律基本相同3.二次离子能量分布最可几能量分布范围：1-10eV与入射离子能量无关原子离子：峰宽，有长拖尾带电原子团：能量分布窄，最可几能量低，拖尾短利用上述性质，采用能量过滤器，可滤掉低能原子团。4．理论模型（1）动力学模型－－说明惰性气体离子在金属靶上产生

7、二次离子机理。根据级联碰撞导致溅射机理，溅射的中性粒子一部分处于亚稳激发态，以中性粒子形式逸出表面，在表层外1nm范围内通过Auger去激发形成二次离子。（2）断键模型－－由于化合物断键形成正、负二次离子成功解释：电负性强的元素为一次离子时，S＋↗电正性强的元素为一次离子时，S－↗（3）局部热平衡模型在一次离子轰击下，形成处于局部热平衡的等离子体。利用在热力学平衡下的关系式，从质谱的离子流得到元素含量。但热平衡等离子体的存在还未得到确认。（4）原子价模型确定金属氧化物的二次离子产额的经验公式。二、二次离子质谱分析技术1分析设备简介2.主要工作

8、模式（1）静态SIMS－获得真正表面单层信息Δ使分析表面不受环境干扰－－超高真空条件下，使气体分子打到表面形成一个单层的时间长达几小时，甚至几天。通常分析：1×10