Arbeitsplatz Hiden SIMS - eine Kosteneffektive SekundärIonenMASSENSPEKTROMETRIE- (SIMS)Lösung durch Hiden Analytisch

Themen Umfaßt

Hintergrund
Einleitung
     SIMS
     Möglichkeit von SIMS
Vakuum - Leistungsfähigkeit und Flexibilität
BeispielHandhaben
Analyse Bauteile
IonenGewehr des Gas-IG-20
IG-5C Zäsium-IonenGewehr
IonReglementierung von Waffenbesitz
MAXIME Spektrometer
SNMS - Kreuzung der Grenze der Quantifikation
Instrument Regelung - die Spekulation Herausnehmen
BeispielBetrachtung
Sauerstoff Überschwemmung
Schlussfolgerung

Hintergrund

Analytisches Hiden wurde im Jahre 1981 gegründet und wird momentan in einer 2,130m2 Produktionsanlage in Warrington, England mit einem Personal von über 50 aufgestellt. Wie eine private Firma unser Ansehen auf dem Erstellen von nahen und positiven Verhältnissen mit unseren Kunden aufgebaut wird. Viele dieser Abnehmer arbeiten an der vordersten Reihe der neuen Technologie - auf den Gebieten der Plasmaforschung, der Oberflächenwissenschaft, Vakuumdes aufbereitens und der Gasanalyse. Um Analytisches Hiden beizubehalten dieses Ansehen haben im Laufe der Jahre außergewöhnliche Niveaus von technischen Erkenntnissen in diesen Bereichen innerhalb unserer Firma festgelegt.

Einleitung

SIMS

Sekundärionenmassenspektrometrie ist- der im Allgemeinen - Nutzflächeanalysetechniken das empfindlichste. Es ist in der Lage, niedrige Konzentrationen zu den Teilen pro Milliarde unten zu messen, Darstellung von chemischen Verteilungen zur Verfügung zu stellen und materielle Chemie als Funktion der Tiefe zu bestimmen - Tiefenein profil erstellen. SIMS findet Anwendungen in einer großen Auswahl von industriellem und erforscht Einstellungen einschließlich Halbleiter, Beschichtungstechnologie, Brennstoffzelleentwicklung, photovoltaics, Metallurgie und pharmazeutische Produkte. Eine Technik Sein, die auf Massenspektrometrie es basiert, hat die Fähigkeit, die spezifischen Isotope zu entdecken und macht sie ideal entsprochen zur Kern- und isotopischer Indikatorarbeit. Gebräuchlich, bombardiert ein fokussierter Träger von Ionen (die Hauptionen) das feste Probenmaterial im Vakuum und ionisierte materielle Eigenschaft des Probenmaterials (die Sekundärionen), wird analysiert durch Massenspektrometrie.

Möglichkeit von SIMS

Trotz des unzweifelhaften Nutzens dieser extrem starken Technik, wird SIMS häufig empfunden, wie schwierig und teuer und häufig regelt es, um eine Technik des letzten Ausweges zu sein. Diese Fluglage ist entstanden, weil frühe SIMS-Instrumentierung beide im Hinblick auf Kapital und Verwaltungskosten und auch benötigte Doktornivellierlatte in hohem Grade komplex und teuer war, sie laufen zu lassen und zu übersetzen. Jedoch gerade während die Komplexität von frühen Elektronenmikroskopen zu den benutzerfreundlichen halbautomatisierten Instrumenten nachgegeben hat, also das Wesentliche von SIMS-Analyse ist verfeinert geworden. In diesem Artikel nehmen wir einen Ausflug um den Arbeitsplatz Hiden SIMS, ein komplettes, in hohem Grade flexibles Instrument des universellen Zweckes SIMS, sorgfältig bestimmt für Benutzerfreundlichkeit und niedrige Kosten des Besitzes.

SIMS-Arbeitsplatz

Vakuum - Leistungsfähigkeit und Flexibilität

Der SIMS-Prozess beruht auf der Fähigkeit der Hauptionen, auf das Probenmaterial einzuwirken und Sekundärionen zu erzeugen, die den Detektor erreichen. Interaktionen mit dem Restgas müssen, in einem falscheren Fall vermieden werden, den sie möglicherweise Verunreinigung des Spektrums - zum Beispiel Oxidation der gespritzten Oberfläche verursachen.

Der SIMS-Arbeitsplatz wird mit UHV-Druck (gewöhnlich Torr 1E-9) ausgeführt und basiert um einen 18 Anschluss, kugelförmige, turbomolecular gepumpte Kammer. Die Ionengewehre und das loadlock werden jedes mit ihren eigenen turbomolecular Pumpen und Vakuumanzeigeinstrumenten ausgerüstet und garantieren, dass die Hauptkammer so sauber gehalten wird, wie möglich. Vakuumverriegelungen stellen Schutz des sicheren Betriebs und der Stromversorgung sicher.

Die gesamte Anlage ist völlig bakeable und verwendet industriekompatibles Conflat®-Baumuster Verschluss. Es gibt einige unbenutzte Anschlüsse, die konstruiert werden, um die Anlage zu ermöglichen, leicht rekonfiguriert zu werden oder, damit Abnehmer ihre eigenen Einheiten hinzufügen, die ihrer Anforderung, wie Lasern, Heizung, Abkühlen oder mechanische Auhänge, Röntgenstrahl und Elektronenkanonen Usw. spezifisch sind. Der SIMS-Arbeitsplatz wird konstruiert, um flexibel und erweiterungsfähig zu sein, ein Instrument für Morgen soviel wie heute.

Analyse Kammer

BeispielHandhaben

SIMS-Analyse war (und ist noch), durch die Halbleiterindustrie stark beansprucht und diese ist immer in den Beispielstufen wahrnehmbar gewesen, die für Kreditpapiere der Privatwirtschaft bereitgestellt werden. Jedoch haben die meisten anderen Abnehmer nicht dünn, tadellos planar, schnitten leicht Proben. In der wirklichen Welt würde es ein großer Vorteil sein, zum von gesamten Bauteilen oder von Industriebesonderetestabschnitten zu analysieren. Die Beispielstufe und das Handhaben im Arbeitsplatz wird um diese Philosophie konstruiert. Erstens sind- bedeuten die gesamte analytische Anlage (Ionengewehre und -spektrometer) über der Fläche der Analyse und, dass groß und formen ungeschickt Probekörper kann angepasst werden (Hiden kann eine spezifische Kammer des Abnehmers auch wenn erforderlich konstruieren, um sehr viel größeres als normale Probenmaterialien zu nehmen). Die Standardobjekttischen basieren auf einem Flacheisen mit Drahtfedern und diese werden leicht geändert, um eine große Vielfalt von Proben, von den kleinen Flacheisen zu Standard eingebetteten metallurgischen Proben zu nehmen. Gesamte kleine Bauteile, wie die Kraftstoffeinspritzdüse unten, können ohne Modifikation befestigt werden. Dieses ist besonders wichtig, wo der Schnitt möglicherweise Verunreinigung verursachen oder sehr Zeit raubend ist.

Kraftstoffeinspritzungsbauteil montiert für Analyse

Proben werden zur Hauptkammer über ein turbomolecular gepumptes loadlock und UHV eine gedichtete magnetisch verbundene Waffe eingeführt. Dieses garantiert, dass das Hauptvakuum nicht kompromittiert wird und stellt schnelle Durchfahrt von Luft zu UHV zur Verfügung. Die Standardhalterung stellt für 5 oder 10 kleine Proben zur Verfügung, die hinter 6mm Durchmesserfenster montiert werden. Proben montieren von der Rückseite, damit das vordere Gesicht immer richtig für Analyse in Position gebracht wird.

Analyse Bauteile

Kann das Übertragen der Probe auf die Hauptkammer unter UHV, SIMS-Analyse jetzt fortfahren. Der komplette Standardarbeitsplatz wird mit zwei Ionengewehren, beide ausgerüstet, die durch 35 mm-Anschlüsse eingeführt werden. Das Gewehr des Gases IG20 Ionenwird für Bombardierung mit Sauerstoff oder Edelgasen verwendet, und das IG-5C Zäsium-Ionengewehr produziert einen fokussierten Träger von Zäsiumionen. Im Herzen der ganzen Anlage liegt das Analysegerät des MAXIMEN-Quadrupols SIMS/SNMS, das für die ausgezeichnete Empfindlichkeit des Instrumentes verantwortlich ist.

IonenGewehr des Gas-IG-20

Auf der rechten Seite der Abbildung des ganzen Instrumentes kann das Gewehr des Gases IG20 Ionengesehen werden, montiert worden an 45°. Das IG20 ist ein in hohem Grade vielseitiges Gewehr, einen intensiven fokussierten Ionenträger produzierend. Ionen werden durch den Elektronenbeschuss des Gases zugelassen über ein Präzisionsleckventil produziert. Für die meiste SIMS-Analyse wird das Gewehr mit dem Sauerstoffgas verwendet und stellt die höchstmögliche Empfindlichkeit für elektropositive Elemente bereit.

Für gespritzte neutrale Massenspektrometrie in der Verbesserung des Ionenertrags nicht gefordert wird, wird das IG20 mit Argon ausgeführt. Gasverbrauch ist niedrig und Hochdruckflaschen eines dauern liefern Standardreine Gases viele Monate und Gas an das Leckventil über einen Regler, der an ca. 0,5 Gericht eingestellt wird.

Die optische Spalte des Ion IG20 enthält zwei threeelement Einzel-Objektive, Strahlausrichtungsstufen, eine Biegung, um neutrale Partikel und Trägerlenkstufen für das Scannen während des Tiefenein profil erstellens und -darstellung zu löschen.

Die Trägerlenkelektronik befestigt direkt auf den Ionengewehrwassertank, den Bedarf an den großen Mehrweg- Kabeln - eine häufige Quelle von Unzuverlässigkeit auf einigen Anlagen löschend.

IG-5C Zäsium-IonenGewehr

Die IG-5C (im Jahre 2008 gestartet) erschließen empfindliche Analyse des elektronegativen Element- sowie MCs+-Clusterbefunds (wo M das Element von Zinsen ist). Ionen werden durch eine Miniaturthermokontakt-Ionisierungsquelle der geringen Energie erzeugt, hergestellt durch Hiden, das sichere Zäsiumsalze verwendet. Die Quelle wird belüftet möglicherweise, um zu lüften, wenn noch warm (einig Protokoll, nachdem Operation aufhört) und ist der Benutzer, der in ein paar Minuten veränderbar ist (Quelllebenszeit wird geschätzt, um 500 Betriebsstunden zu betragen).

Das Ionengewehr ist- von einer Auslegung mit zwei Objektiven mit zwei Sets der unabhängigen Ausrichtungsstufen. Die Oberstufe wird sofort nach der Quelle in Position gebracht, um zu garantieren, dass der auftauchende Träger so bald wie möglich auf den optischen Schwerpunkt optimiert wird. Der Träger passiert durch eine definierende Öffnung, die leicht durch den Endbenutzer, entweder für Austausch oder die Strahlungscharakteristiken zu ändern betriebsfähig ist. Die untere Ausrichtungsstufe enthält eine Serpentinenkurve, um neutrale Personen zu löschen und gleicht zwei Klein-winkel elektrostatische Sektoren an. Die Ionen werden schließlich durch ein niedriges Objektiv der sphärischen Aberration fokussiert und gescannt durch eine Gruppe von vier kurzen Platten. Das thermische Management des IG-5C wird automatisch über das PC-gesteuerte Ionengewehr-Schnittstellengerät bereitgestellt.

IonReglementierung von Waffenbesitz

2008 sahen auch eine radikale Aktualisierung der Ionenreglementierung von waffenbesitz-Anlage, um sie einfacher zu machen, Funktionalität zu verwenden und hinzuzufügen. Die Hauptabbildung (auf Seite zeigt 1) die manuellen Ionengewehrcontroller (noch erhältlich für IG20 wenn erforderlich), jedoch ist- die neue Generation des Ionengewehrcontrollers mikroprozessorgesteuert und wird über eine PC-Schnittstelle erreicht.

Unter Verwendung dieses Controllers ist es möglich, Ionengewehreinstellungen zu speichern und zu erinnern an. Dieses macht das Leben für den Analytiker sehr einfach als Einstellungen für die hohe aktuelle Tiefe, die, niedrig aktuelle feine Fokusdarstellung ein Profil erstellt, die ein Profil erstellende Tiefenauflösung der niedrigen Energie hoch und andere nützliche Aufgaben einfach werden von einem Menü des Zuges unten gerufen möglicherweise.

PC Ionenreglementierung von waffenbesitz-Schnittstelle

Diagnosemodi sind sofort mit Trägerparametermaßen (Strom- und Trägerform) über einen Elektron unterdrückten Faraday-Sammler erhältlich.

Ein nützliches Merkmal ist die automatische Schaltung der Zielvorspannung zwischen Modi, die garantiert, dass die korrekte Vorspannung angewandt ist, wenn sie Analysen oder Diagnosen ausführt.

MAXIME Spektrometer

Das Spektrometer der MAXIME SIMS/SNMS wird auf der Rückseite der Kammer in eine weg Schwerpunktsstellung montiert und ist speziell konstruiert worden, um empfindliches zu geben, reproduzierbar, Analysen. Ionen werden von der Probe durch einen geformten Extraktionsbereich und -energie montiert, die unter Verwendung einer parallelen Plattenanlage gefiltert wird, wenn die Energieauflösung an die angepasst ist, des Quadrupolanalysegeräts. Der 9 mm-Dreiergruppenfilter hat Molybdängestänge für Wärmebeständigkeit und der Impuls, der Detektor zählt, hat eine 4 Kev-PostenBeschleunigungsspannung, Leistungsfähigkeit in hohem Mass. zu erhöhen. Das Spektrometer ist in den Massenreichweiten 300u, 510u und 1000u für verschiedene Anwendungen erhältlich.

Sofort hinter der Trockenmaschine ist eine Elektronauswirkungs-Ionenquelle der hohen Leistungsfähigkeit, die für gespritzte neutrale Massenspektrometrie oder Restgas (SNMS)analyse verwendet werden kann entweder.

SNMS - Kreuzung der Grenze der Quantifikation

SIMS-Analyse ist für die Analyse von Dopanten, von Diffusionsstudien und von Verunreinigung in hohem Grade empfindlich und ideal. Quantifikationsentwürfe für SIMS nehmen im Allgemeinen an, dass die Verunreinigung, die gemessen wird, verdünnt ist (kleiner als einige Prozente). Über dieser verdünnten Grenze wird die Wahrscheinlichkeit der Ionisierung nach der Störstellenkonzentation selbst sowie der Chemie der Grundmasse abhängig. Gespritzte neutrale Massenspektrometrie (SNMS) gleicht ordentlich diese Beschränkung aus.

MAXIME, die SNMS-Analyse ausführt

Erstens werden die meisten Ionen vom Probenmaterial (das SIMS-Signal) durch geeignete Ziel- und Ausschlagpotentiale zurückgewiesen. Als Nächstes werden die neutralen Partikel, die von der Probe treiben, in der Elektronauswirkungsquelle ionisiert; sie werden von den Restgasionen getrennt und auch bilden sich, durch ihre kinetische Energie, die beträchtlich höher ist. Da Ionisierung weg von der Beispieloberfläche auftritt, ist- die Ionisierungswahrscheinlichkeit immer die selbe, so ist das SNMS-Signal einfach mengenmäßig zu bestimmen.

Instrument Regelung - die Spekulation Herausnehmen

Das Instrument ist unter Verwendung der Software-Reihe Hiden MASsoft esteuert. Dieses liefert automatische effiziente und reproduzierbare Optimierung der Sekundärionenspalte und des Spektrometers - die Spekulation herausnehmen. Wenn erforderlich werden alle Parameter möglicherweise auch manuell justiert. MASsoft versieht ein sehr starkes Set Spektrometer, Rastering, Mit einem Gatter versehen und Datenabwicklungssteuerungen, mit einem einfachen klaren Prozessflussbaum. Ein Teildienst wird, damit die Menge von Regelung begrenzt sein kann, mit einigen Optionen für den unerfahrenen Benutzer bis zu voller Kontrolle für die versehen, die experimentieren möchten.

Nützlich werden geläufig übernommene Aufgaben möglicherweise (wie die Spaltenjustage und Spektrumsammlung) als einfacher Benutzer programmierbare quickstart Tasten eingestellt und aktivieren eine Analyse, durch einen einzelnen Klick der Maus initialisiert zu werden.

BeispielBetrachtung

Sie wird häufig übersehen, aber eine klare Sicht der Probe vor und während der Analyse macht den Job des Analytikers beträchtlich einfacher. Sie lässt Bereiche genau sein und visierte sicher an. In einigen Fällen liefern Verfärbungen während der Analyse von Dünnfilmen hinzugefügte Informationen über die Abnutzungskinetik und -übereinstimmung. Der Arbeitsplatz wird mit einer InzidenzfarbeCD-Kamera- und LED-Kaltlichtquelle ausgerüstet und gibt eine klare Sicht der Beispieloberfläche.

Betrachtungsanlage

Beispielansicht von Analysekratern.

Sauerstoff Überschwemmung

Wenn man hohe Tiefenauflösungs-Tiefenprofile, besonders an der niedrigen Energie (unterhalb 2 Kev) mit Sauerstoff macht, bekannt die Oberfläche, um die Auflösung aufzurauhen und zu vermindern, die gesucht wird. Jedoch wenn die Oberfläche gemacht wird, um während der Analyse völlig zu oxidieren, wird die Tiefenauflösung aufrechterhalten. Dieses kann erzielt werden, entweder indem man das Gewehr an der Inzidenz (sehr möglich auf dem SIMS-Arbeitsplatz) montiert oder indem man die Versuchsfläche mit Sauerstoff überschwemmt. Im Arbeitsplatz holt eine feine Kapillare Sauerstoffgas zu genau, wo es gefordert wird und holt eine ungefähr drastische Verbesserung in der Auflösung.

Effekt der Sauerstoffflut auf Analyse des Neutronspiegels 3.6nm Fe/Si

Schlussfolgerung

Der Arbeitsplatz Hiden SIMS ist mit starker Interaktion mit denen entwickelt worden, die zu SIMS-, Analysen für Vertragsservice-Arbeit und -forschung auf vielen Gebieten der Analyse durchzuführen gewohnt sind. Die Philosophie der Auslegung ist, ein richtiges SIMS-Analyseinstrument zu produzieren, das hohe Empfindlichkeit, Flexibilität und Benutzerfreundlichkeit kombiniert, aber einfach gewesen es beide kosteneffektiv auch zu machen im Hinblick auf die Haupt- und laufenden Kosten.

Der Arbeitsplatz Hiden SIMS hat diese Ziele erzielt und das einzige mittel-veranschlagte Instrument gewesen, zum von Sauerstoff- und Zäsiumionengewehren zu enthalten - eine Notwendigkeit für allgemeine Analyse. Er liefert eine wahre UHV-Umgebung, ein flexibles loadlock und ein Beispielverladesystem. Der eingebettete SNMS-Teildienst garantiert, dass das Hilfsmittel den vollen analytischen Konzentrationsbereich umfaßt, von PPMs durch bis Massen 100% und die Datenanlage bedeutet, dass wertvolle Ergebnisse leicht in andere Anwendungen gespeichert und exportiert werden. Zu konfigurieren ist einfach genug, für Fertigungsstraßeanalyse, dennoch wird den engagierten Forschungsfachmann mit einem Hilfsmittel versehen, das nur durch Fantasie begrenzt ist.

Quelle: Hiden Analytisch

Zu mehr Information über diese Quelle Analytisches bitte besuchen Sie Hiden

Date Added: Sep 17, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 04:12

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