Het Werkstation van Hiden SIMS - een Rendabele Oplossing van de Spectrometrie van de Secundaire Massa (SIMS) van het Ion door Hiden Analytical

Besproken Onderwerpen

Achtergrond
Inleiding
     SIMS
     Haalbaarheid van SIMS
Vacuüm - Efficiency en Flexibiliteit
De Behandeling van de Steekproef
De Componenten van de Analyse
Ig-20 het IonenKanon van het Gas
Ig-5C het IonenKanon van het Caesium
De Ionen Controle van het Kanon
De Spectrometer van de STELREGEL
SNMS die - de Grens van Getalsmatige Weergave Kruisen
De Controle die van het Instrument - het Giswerk Nemen
Het Bekijken van de Steekproef
De Overstroming van de Zuurstof
Conclusie

Achtergrond

Analytische Hiden werd opgericht in 1981 en is weldra gesitueerd in een 2,130m2 productieinstallatie in Warrington, Engeland met een personeel van meer dan 50. Als privé- bedrijf wordt onze reputatie voortgebouwd bij het creëren van dichte en positieve verhoudingen met onze cliënten. Veel van deze klanten werken bij het front van nieuwe technologie - op het gebied van plasmaonderzoek, oppervlaktewetenschap, vacuümverwerking en gasanalyse. Deze reputatie Analytische Hiden handhaven, in de loop van de jaren, heeft uitzonderlijke niveaus van technische deskundigheid op deze gebieden binnen ons bedrijf duidelijk gemaakt.

Inleiding

SIMS

De spectrometrie van de Secundaire ionenmassa is het gevoeligst over het algemeen van - de beschikbare technieken van de oppervlakteanalyse. Het kan lage concentraties neer meten aan delen per miljard, weergave van chemische distributies verstrekken en materiële chemie als functie van diepte bepalen - diepte het profileren. SIMS vindt toepassingen in een brede waaier van industriële en onderzoekmontages met inbegrip van halfgeleiders, deklagentechnologie, de ontwikkeling van de brandstofcel, photovoltaics, metallurgie en geneesmiddelen. Zijnd een techniek op massaspectrometrie heeft het wordt gebaseerd de capaciteit om specifieke isotopen te ontdekken, makend het ideaal gezien voor het kern en isotopische traceurswerk dat geschikt. In gebruik, bombardeert een geconcentreerde straal van ionen (de primaire ionen) het stevige specimen in vacuüm en geïoniseerd materieel kenmerk van het specimen (de secundaire ionen), wordt geanalyseerd door massaspectrometrie.

Haalbaarheid van SIMS

Ondanks de ontwijfelbare voordelen van deze uiterst krachtige techniek, wordt SIMS vaak waargenomen moeilijk en duur, vaak regelend het een techniek van laatste redmiddel te zijn. Deze houding heeft zich voorgedaan omdat de vroege instrumentatie SIMS hoogst complex en duur zowel in termen van kapitaal als bedrijfskosten was en ook het niveaupersoneel van het Doctoraat vereiste om het in werking te stellen en te interpreteren. Nochtans, enkel aangezien de ingewikkeldheid van vroege elektronenmicroscopen aan gebruikersvriendelijke halfautomatische instrumenten uiting heeft gegeven, zodat de essentie van analyse SIMS meer geraffineerd is geworden. In dit artikel zullen wij een reis rond het Werkstation van Hiden SIMS, een volledig, hoogst flexibel algemeen die doelSIMS instrument nemen, zorgvuldig voor gemak van verrichting en lage kosten van eigendom wordt ontworpen.

Werkstation SIMS

Vacuüm - Efficiency en Flexibiliteit

Het proces SIMS baseert zich op de capaciteit van de primaire ionen om met het specimen in wisselwerking te staan en secundaire ionen te produceren die de detector bereiken. De Interactie met het overblijvende gas moeten worden vermeden, in een slechter geval kunnen zij verontreiniging van het spectrum veroorzaken - bijvoorbeeld oxydatie van de gesputterde oppervlakte.

Het Werkstation SIMS loopt bij druk UHV (typisch 1E-9 torr) en is gebaseerd rond een 18 haven, sferische, turbomolecular gepompte kamer. De ionenkanonnen en loadlock zijn elk die uitgerust met hun eigen turbomolecular pompen en vacuümmaten ervoor zorgen, dat de belangrijkste kamer zo schoon mogelijk wordt gehouden. De Vacuüm koppelingen verzekeren veilige verrichting en van de machtslevering bescherming.

Het volledige systeem is volledig bakeable en gebruikt industrie standaardtype Conflat® verbindingen. Er zijn een aantal ongebruikte die havens worden ontworpen om het systeem toe te laten gemakkelijk of voor klanten worden aangepast om hun eigen apparaten toe te voegen specifiek voor hun vereiste, zoals lasers, het verwarmen, het koelen of mechanische gehechtheid, de kanonnen enz. van de Röntgenstraal en van het elektron. Het werkstation SIMS wordt ontworpen flexibel en upgradeable om, een instrument voor morgen te zijn zo veel zoals vandaag.

De Kamer van de Analyse

De Behandeling van de Steekproef

De analyse SIMS was (en is nog) zwaar - gebruikt door halfgeleider die zijn de industrie en dit altijd merkbaar in de steekproefstadia geweest voor commerciële instrumenten worden verstrekt. Nochtans, dun hebben de meeste andere klanten niet, volkomen vlak, snijd gemakkelijk steekproeven. In de echte wereld zou het een groot voordeel zijn om volledige componenten of coupons van de de industrie de specifieke test te analyseren. Het steekproefstadium en de behandeling in het Werkstation worden ontworpen rond deze filosofie. Ten Eerste, is het volledige analytische systeem (ionenkanonnen en spectrometer) boven het vliegtuig van analyse betekenen, die dat groot en geeft onhandig teststukken gestalte kan worden aangepast (Hiden kan een klant-specifieke kamer indien nodig ook ontwerpen om zeer groter te nemen dan normale specimens). De standaardspecimenhouders zijn gebaseerd op een vlakke plaat met de draadlentes en deze worden gemakkelijk gewijzigd om een grote verscheidenheid van steekproeven, van kleine vlakke platen aan norm ingebedde metallurgische steekproeven te nemen. De Volledige kleine componenten, zoals de brandstofinjector hieronder, kunnen zonder wijziging worden vastgemaakt. Dit is vooral belangrijk waar snijden verontreiniging kan veroorzaken of zeer tijdrovend zijn.

De component van de Brandstofinjectie opgezet voor analyse

De Steekproeven worden geïntroduceerd aan de belangrijkste kamer via gepompt turbomolecular loadlock en UHV verzegeld magnetisch gekoppeld wapen. Dit zorgt ervoor dat het belangrijkste vacuüm niet wordt gecompromitteerd en verstrekt snelle doorgang van lucht aan UHV. De standaardhouder voorziet 5 of 10 kleine steekproeven opgezet achter 6mm diametervensters. De Steekproeven zetten van het achtergedeelte op zodat het voorgezicht altijd correct voor analyse wordt geplaatst.

De Componenten van de Analyse

De steekproef naar de belangrijkste kamer onder UHV, analyse kan overgebracht hebben SIMS nu te werk gaan. Het standaard volledige Werkstation is uitgerust met twee ionenkanonnen, allebei geïntroduceerd door 35 mmhavens. Het IG20 gas ionenkanon wordt gebruikt voor bombardement met zuurstof of inerte gassen, en het ig-5C caesium ionenkanon produceert een geconcentreerde straal van caesiumionen. Centraal bij het geheel ligt het systeem de quadrupole SIMS/SNMS van de STELREGEL analisator die van de uitstekende gevoeligheid van het instrument de oorzaak is.

Ig-20 het IonenKanon van het Gas

Aan de rechtse kant van het beeld van het gehele instrument kan het IG20 gas ionenkanon worden gezien, opgezet bij 45°. IG20 is een hoogst veelzijdig kanon die een intense geconcentreerde ionenstraal produceren. De Ionen worden door elektronenbombardement van gas geproduceerd via een klep die van het precisielek wordt toegelaten. Voor de meeste analyse SIMS wordt het kanon gebruikt met zuurstofgas, die de hoogste mogelijke gevoeligheid verstrekken voor elektropositieve elementen.

Voor gesputterde neutrale massaspectrometrie, waar de verhoging van de ionenopbrengst niet wordt vereist, wordt IG20 in werking gesteld met argon. De consumptie van het Gas is laag en flessen van een zullen de standaardhoge druk zuivere gas vele die maanden duren, leverend gas aan de lekklep via een regelgever bij ong. 0.5 bars wordt geplaatst.

De IG20 ionen optische kolom bestaat uit twee lenzen van threeelementEinzel, de stadia van de straalgroepering, een kromming om de neutrale deeltjes en stadia van de straalleiding voor aftasten tijdens diepte het profileren en weergave te verwijderen.

De de elektronikapasvorm van de straalleiding direct op ionenkanonfeedthrough, die de behoefte aan grote multiway kabels verwijderen - een frequente bron van onbetrouwbaarheid op sommige systemen.

Ig-5C het IonenKanon van het Caesium

Ig-5C (in 2008 wordt gelanceerd) stelt gevoelige analyse van de elektronegatieve elementen evenals MCs+ clusteropsporing (waar M het element van belang dat is) open. De Ionen worden geproduceerd door een miniatuur lage de ionisatiebron van het machts thermische die contact, door Hiden wordt vervaardigd, die veilige caesiumzouten gebruikt. De bron kan aan lucht worden gelucht wanneer nog warm (een paar notulen na verrichting op houdt) en is gebruiker veranderlijk in een paar notulen (het bronleven wordt geschat om 500 uren van verrichting te zijn).

Het ionenkanon is van een twee lensontwerp met twee reeksen onafhankelijke groeperingsstadia. Het hogere stadium wordt geplaatst onmiddellijk na de bron om ervoor te zorgen dat de het te voorschijn komen straal zo spoedig mogelijk op de optische as wordt geoptimaliseerd. De straal gaat door een het bepalen opening over die tegen het eind - gebruiker, of voor vervanging of gemakkelijk nuttig is om de straalkenmerken te wijzigen. Het lagere groeperingsstadium neemt een dubbele kromming op om neutrals te verwijderen en benadert twee small-angle elektrostatische sectoren. De ionen worden definitief geconcentreerd door een lage sferische aberratielens en door een groep van vier korte platen afgetast. Het thermische beheer van ig-5C wordt verstrekt automatisch via de PC gecontroleerde ioneneenheid van de kanoninterface.

De Ionen Controle van het Kanon

2008 zag ook het radicale bijwerken van het ionensysteem van de kanoncontrole het gemakkelijker maken om functionaliteit te gebruiken en toe te voegen. Het belangrijkste beeld (op pagina 1) toont de hand ionenkanoncontrolemechanismen (nog beschikbaar voor IG20 indien nodig), echter, de nieuwe generatie van ionenkanoncontrolemechanisme is gebaseerde microprocessor en wordt betreden via een interface van PC.

Gebruikend dit controlemechanisme is het mogelijk om aan ionenkanonmontages op te slaan en te herinneren. Dit maakt het leven voor de analist zeer als montages voor hoge huidige diepte die gemakkelijk, lage huidige fijne nadrukweergave profileren, het lage de resolutie van de energie hoge diepte kunnen profileren en andere nuttige taken eenvoudig van een trekkracht onderaan menu worden geroepen.

Interface van de het kanoncontrole van PC de Ionen

De Kenmerkende wijzen zijn onmiddellijk beschikbaar met de metingen van de straalparameter (stroom en straalvorm) via een elektron onderdrukte collector van Faraday.

Een nuttige eigenschap is de automatische omschakeling van doelbias tussen wijzen die ervoor zorgt dat correcte bias wanneer het runnen van analyses of diagnostiek wordt toegepast.

De Spectrometer van de STELREGEL

De spectrometer van de STELREGEL wordt SIMS/SNMS specifiek ontworpen opgezet op de rug van de kamer in een weg aspositie en om gevoelig te geven, reproduceerbaar, analyseert. De Ionen worden bijeengezocht uit de steekproef door een gestalte gegeven gefiltreerd extractiegebied en een energie gebruikend een parallel die plaatsysteem, met de energieresolutie aan dat van de quadrupole analisator wordt aangepast. De 9 mm drievoudige filter heeft molybdeenstaven voor thermische stabiliteit en de impuls tellende detector heeft een potentieel van de 4 keV postversnelling om efficiency bij hoge massa te verhogen. De spectrometer is beschikbaar in massawaaiers van 300u, 510u en 1000u voor verschillende toepassingen.

Onmiddellijk achter de trekker is een het effect ionenbron van het hoge efficiencyelektron die voor of gesputterde neutrale massaspectrometrie of overblijvende (SNMS) gasanalyse kan worden gebruikt.

SNMS die - de Grens van Getalsmatige Weergave Kruisen

De analyse SIMS is hoogst gevoelig en ideaal voor de analyse van additieven, verspreidingsstudies en verontreiniging. De regelingen van de Getalsmatige Weergave voor SIMS veronderstellen over het algemeen dat de onzuiverheid die (minder dan een paar percenten) verdund is worden gemeten. Boven deze verdunde grens wordt de waarschijnlijkheid van ionisatie afhankelijk van de onzuiverheidsconcentratie zelf, evenals de chemie van de matrijs. De Gesputterde neutrale massaspectrometrie (SNMS) overwint keurig deze beperking.

STELREGEL die analyse SNMS in werking stellen

Ten Eerste, worden de meeste ionen van het specimen (het signaal SIMS) verworpen door geschikt doel en afbuigingspotentieel. Daarna, worden de neutrale deeltjes die van de steekproef afdrijven geïoniseerd in de bron van het elektroneneffect; zij worden gescheiden van overblijvende gasionen, ook zich vormt, door hun kinetische energie die beduidend hoger is. Aangezien de ionisatie vanaf de steekproefoppervlakte voorkomt is de ionisatiewaarschijnlijkheid altijd het zelfde, dus is het signaal SNMS gemakkelijk te kwantificeren.

De Controle die van het Instrument - het Giswerk Nemen

Het instrument wordt gecontroleerd gebruikend de de softwarereeks van Hiden MASsoft. Dit verstrekt automatische efficiënte en reproduceerbare optimalisering van de secundaire ionenkolom en spectrometer - de nemend het giswerk. Indien nodig kunnen alle parameters ook manueel worden gestemd. MASsoft voorziet een zeer krachtige reeks spectrometer, het rastering, gating en gegevens behandelingscontroles, van een eenvoudige duidelijke boom van de processtroom. Een faciliteit wordt verstrekt zodat de hoeveelheid controle, met een paar opties voor het onervaren gebruikersrecht tot volledige controle voor die kan worden beperkt die wensen te experimenteren.

Kunnen de Nuttig, algemeen op zich genomen taken (als kolom het stemmen en spectruminzameling) als eenvoudige knopen van gebruikers programmeerbare quickstart worden geplaatst, toelatend dat een analyse wordt in werking gesteld door één enkele klik van de muis.

Het Bekijken van de Steekproef

Het wordt vaak overzien maar een duidelijke mening van de steekproef vóór en tijdens analyse maakt de baan van de analist beduidend gemakkelijker. Het laat gebieden toe nauwkeurig en vol vertrouwen worden gericht. In sommige gevallen verstrekken de kleurenveranderingen tijdens analyse van dunne films toegevoegde informatie over het de erosietarief en consistentie. Het werkstation is uitgerust met een normale camera van de weerslagkleur CCD en een LEIDENE koude lichtbron, die een duidelijke mening van de steekproefoppervlakte geven.

Het Bekijken systeem

De mening van de Steekproef van analysekraters.

De Overstroming van de Zuurstof

Wanneer het maken van hoge de diepteprofielen van de diepteresolutie, vooral bij lage energie (onder 2 keV) met zuurstof, is de oppervlakte gekend om de eigenlijke resolutie te ruwen en te degraderen die worden gestreefd naar. Nochtans, als de oppervlakte om volledig tijdens analyse wordt gemaakt te oxyderen wordt de diepteresolutie gehandhaafd. Dit kan worden bereikt door of het kanon bij normale zeer mogelijke weerslag (op het Werkstation SIMS) op te zetten of door het steekproefgebied met zuurstof te overstromen. In het Werkstation, precies brengt een fijn haarvat zuurstofgas aan waar het wordt vereist, bewerkstelligend een drastische verbetering van resolutie.

Effect van zuurstofvloed bij de analyse van 3.6nm Fe/Si neutronenspiegel

Conclusie

Het Werkstation van Hiden is SIMS ontwikkeld met sterke interactie met die gebruikt aan het uitvoeren van analyses SIMS voor zowel het werk als het onderzoek van de contractdienst op veel gebied van analyse. De filosofie van ontwerp is eenvoudig, geweest om een juist SIMS analyseinstrument te produceren dat hoog gevoeligheid, flexibiliteit en gemak van verrichting combineert, maar ook het zowel in termen van kapitaaluitgde als aan de gang zijnde rendabel te maken.

Het Werkstation van Hiden heeft SIMS deze doelstellingen bereikt, die het enige medio-de prijs vastgestelde van instrument om zowel zuurstof als caesium ionenkanonnen op te nemen - een noodzaak voor algemene analyse zijn. Het verstrekt een waar milieu UHV, een flexibele loadlock en steekproef een behandelend systeem. De ingebedde faciliteit SNMS zorgt dat het hulpmiddel de volledige analytische concentratiewaaier behandelt, door van p.p.m. ervoor aan 100% massa en het gegevenssysteem betekent dat de waardevolle resultaten gemakkelijk worden opgeslagen en uitgevoerd naar andere toepassingen. Het is gemakkelijk genoeg om voor lopende bandanalyse te vormen, nog de specifieke die onderzoekberoeps van een hulpmiddel voorzien zal slechts door verbeelding wordt beperkt.

Bron: Analytische Hiden

Voor meer informatie over deze bron te bezoeken gelieve Analytische Hiden

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

Last Update: 14. June 2013 04:02

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit