Estação De Trabalho de Hiden SIMS - Uma Solução Eficaz na Redução de Custos da Espectrometria Em Massa de Íon (SIMS) Secundária por Hiden Analítico

Assuntos Cobertos

Fundo
Introdução
     SIMS
     Possibilidade de SIMS
Vácuo - Eficiência e Flexibilidade
Manipulação da Amostra
Componentes da Análise
Arma de Íon do Gás IG-20
Arma de Íon do Césio de IG-5C
Controlo de Armas do Íon
Espectrómetro da MÁXIMA
SNMS - Cruzando o Limite da Quantificação
Controle do Instrumento - Removendo a Adivinhação
Visão da Amostra
Inundação do Oxigênio
Conclusão

Fundo

Hiden Analítico foi fundado em 1981 e é situado presentemente em uma usina2 de 2,130m em Warrington, Inglaterra com um pessoal sobre de 50. Como uma empresa de propriedade privada nossa reputação é construída em criar relacionamentos próximos e positivos com nossos clientes. Muitos destes clientes estão trabalhando no pelotão da frente da nova tecnologia - no campos da pesquisa do plasma, da ciência de superfície, do processamento do vácuo e da análise de gás. Para manter esta reputação Hiden Analítico, ao longo dos anos, estabeleceram níveis excepcionais de competência técnica nestas áreas dentro de nossa empresa.

Introdução

SIMS

A espectrometria em massa de íon Secundária é a mais sensível geralmente - das técnicas de superfície disponíveis da análise. Pode medir para baixo concentrações de baixo nível às partes por bilhão, fornecer a imagem lactente de distribuições químicas e determinar a química material em função da profundidade - perfilamento da profundidade. SIMS encontra aplicações em uma vasta gama de industrial e pesquisa os ajustes que incluem semicondutores, tecnologia dos revestimentos, revelação da célula combustível, photovoltaics, metalurgia e fármacos. Ser uma técnica baseada na espectrometria em massa ele tem a capacidade para detectar os isótopos específicos, fazendo a serida idealmente ao trabalho do projétil luminoso nuclear e isótopo. No uso, um feixe focalizado dos íons (os íons preliminares) bombardeia o espécime contínuo no vácuo e a característica material ionizada do espécime (os íons secundários), é analisado pela espectrometria em massa.

Possibilidade de SIMS

Apesar dos benefícios indubitáveis desta técnica extremamente poderosa, SIMS é percebido frequentemente como difícil e caro, freqüentemente regulando o para ser uma técnica do último recurso. Esta atitude elevarou porque a instrumentação adiantada de SIMS era altamente complexa e cara ambos em termos do capital e as despesas e pessoal igualmente exigido do nível do PhD o operar e interpretar. Contudo, apenas enquanto a complexidade de microscópios electrónicos adiantados levou aos instrumentos semiautomated de fácil utilização, assim que a essência da análise de SIMS tornou-se mais refinado. Neste artigo nós tomaremos uma excursão em torno da Estação De Trabalho de Hiden SIMS, um instrumento completo, altamente flexível do uso geral SIMS, projetado com cuidado para a facilidade de operação e o baixo custo da posse.

Estação De Trabalho de SIMS

Vácuo - Eficiência e Flexibilidade

O processo de SIMS confia na capacidade dos íons preliminares para interagir com o espécime e para gerar os íons secundários que alcançam o detector. As Interacções com o gás residual devem ser evitadas, em um caso que mais ruim podem causar a contaminação do espectro - por exemplo oxidação da superfície engasgada.

A Estação De Trabalho de SIMS é executado em pressões de UHV (tipicamente torr 1E-9) e é baseada em torno 18 de uma porta, câmara bombeada esférica, turbomolecular. As armas de íon e o loadlock cada um são equipados com seus próprios bombas e calibres de vácuo turbomolecular, assegurando-se de que a câmara principal esteja mantida tão limpa como possível. Os bloqueios do Vácuo asseguram a protecção da operação segura e da fonte de alimentação.

O sistema inteiro é inteiramente bakeable e usa o tipo selos de Conflat® do padrão do sector. Há um número de portas não utilizadas projetadas permitir o sistema ser reconfigurado facilmente ou para que os clientes adicionem seus próprios dispositivos específicos a sua exigência, tal como lasers, aquecimento, refrigerar ou acessórios mecânicos, Raio X e armas de elétron Etc. A estação de trabalho de SIMS é projectada ser flexível e atualizável, um instrumento para o amanhã tanto quanto hoje.

Câmara da Análise

Manipulação da Amostra

A análise de SIMS era (e ainda é) pesadamente - usado pela indústria e por esta do semicondutor foi sempre visível nas fases da amostra fornecidas para instrumentos comerciais. Contudo, a maioria outros de clientes não têm finamente, perfeitamente planar, cortaram facilmente amostras. No mundo real seria uma grande vantagem para analisar componentes inteiros ou vales específicos da indústria do teste. A fase da amostra e a manipulação na Estação De Trabalho são projectadas em torno desta filosofia. Em primeiro lugar, o sistema analítico inteiro (armas e espectrómetro de íon) está acima do plano da análise, significando que grande e dá forma inàbil a partes de teste pode ser acomodado (Hiden pode igualmente projectar uma câmara específica do cliente se for necessário tomar espécimes muito maiores do que o normais). Os suportes padrão do espécime são baseados em uma placa lisa com molas de fio e estes são alterados facilmente para tomar uma grande variedade de amostras, das placas lisas pequenas às amostras metalúrgicas encaixadas padrão. Os componentes pequenos Inteiros, tais como o injector de combustível abaixo, podem ser anexados sem alteração. Isto é especialmente importante onde cortar pode causar a contaminação ou ser muito demorado.

Componente da Injecção montado para a análise

As Amostras são introduzidas à câmara principal através de um loadlock bombeado turbomolecular e de um braço magnètica acoplado selado UHV. Isto assegura-se de que o vácuo principal não esteja comprometido e fornece-se o trânsito rápido do ar a UHV. O suporte padrão prevê 5 ou 10 amostras pequenas montadas atrás dos indicadores do diâmetro de 6mm. As Amostras montam da parte traseira de modo que a face dianteira sempre seja posicionada correctamente para a análise.

Componentes da Análise

Ter transferido a amostra à câmara principal sob UHV, análise de SIMS pode agora continuar. A Estação De Trabalho completa padrão é equipada com as duas armas de íon, ambas introduzidas através das portas de 35 milímetros. A arma de íon do gás IG20 é usada para o bombardeio com oxigênio ou gáss inertes, e a arma de íon do césio de IG-5C produz um feixe focalizado de íons do césio. No centro do sistema inteiro encontra-se o analisador do quadrupole SIMS/SNMS da MÁXIMA que é responsável para a sensibilidade excelente do instrumento.

Arma de Íon do Gás IG-20

No lado do assistente da imagem do instrumento inteiro a arma de íon do gás IG20 pode ser vista, montado em 45°. O IG20 é uma arma altamente versátil produzindo um feixe de íon focalizado intenso. Os Íons são produzidos pelo bombardeio do elétron do gás admitido através de uma válvula do escape da precisão. Para a maioria de análise de SIMS a arma é usada com o gás do oxigênio, fornecendo a sensibilidade possível a mais alta para elementos electropositivos.

Para a espectrometria em massa neutra engasgada, onde o realce do rendimento do íon não é exigido, o IG20 é executado com argônio. O consumo do Gás é baixo e as garrafas de gás puras de alta pressão padrão durarão muitos meses, fornecendo o gás à válvula do escape através de um regulador ajustado em aproximadamente 0,5 barras.

A coluna óptica do íon IG20 compreende duas lentes de Einzel do threeelement, fases do alinhamento do feixe, uma curvatura para remover as partículas e as fases neutras da direcção de feixe para fazer a varredura durante o perfilamento e a imagem lactente da profundidade.

A eletrônica da direcção de feixe cabida directamente na passagem da arma de íon, removendo a necessidade para grandes cabos multiway - uma fonte freqüente de insegurança em alguns sistemas.

Arma de Íon do Césio de IG-5C

Os IG-5C (lançados em 2008) abrem a análise sensível da detecção electronegativa dos elementos assim como do conjunto de MCs+ (onde M é o elemento do interesse). Os Íons são gerados por uma fonte térmica da ionização do contacto da baixa potência diminuta, manufacturado por Hiden, que usa sais seguros do césio. A fonte pode ser exalada para arejar quando ainda morna (algumas actas depois que a operação cessa) e é usuário variável em poucos minutos (a vida da fonte é calculada para ser 500 horas de operação).

A arma de íon é de um projecto de duas lentes com dois grupos de fases independentes do alinhamento. A fase superior é posicionada imediatamente depois da fonte para assegurar-se de que o feixe emergente esteja aperfeiçoado o mais cedo possível na linha central óptica. O feixe passa através de uma abertura de definição que seja facilmente útil pelo utilizador final, para a substituição ou para alterar as características de feixe. A fase mais baixa do alinhamento incorpora uma curvatura dobro para remover os pontos mortos e aproxima dois sectores electrostáticos do pequeno-ângulo. Os íons finalmente são focalizados por uma baixa lente da aberração esférica e feitos a varredura por um grupo de quatro placas curtos. A gestão térmica do IG-5C é fornecida automaticamente através da unidade de relação controlada PC da arma de íon.

Controlo de Armas do Íon

2008 igualmente viram uma actualização radical do sistema de controlo de armas do íon para facilitá-lo usar e adicionar a funcionalidade. A imagem principal (na página 1) mostra aos controladores manuais da arma de íon (ainda disponíveis para IG20 se for necessário), contudo, a nova geração de controlador da arma de íon é microprocessador baseado e é alcançada através de uma relação do PC.

Usando este controlador é possível armazenar e recordar ajustes da arma de íon. Isto faz a vida para o analista muito fácil como ajustes para a profundidade actual alta que perfila, baixo imagem lactente fina actual do foco, definição da profundidade da baixa energia altamente que perfila e outras tarefas úteis podem simplesmente ser chamadas de um menu da tracção para baixo.

Relação de controlo de armas do Íon do PC

As modalidades de Diagnóstico estão imediatamente disponíveis com medidas do parâmetro do feixe (forma da corrente e do feixe) através de um colector suprimido elétron de Faraday.

Uma característica útil é o interruptor automático da polarização do alvo entre modos que se assegura de que a polarização correcta seja aplicada ao executar análises ou diagnósticos.

Espectrómetro da MÁXIMA

O espectrómetro da MÁXIMA SIMS/SNMS é montado na parte de trás da câmara fora em uma posição da linha central e foi projectado especificamente dar sensível, reprodutível, análises. Os Íons são recolhidos da amostra por um campo e por uma energia dados forma da extracção filtrados usando um sistema paralelo da placa, com a definição de energia combinada àquela do analisador do quadrupole. O filtro triplicar-se de 9 milímetros tem as hastes do molibdênio para a estabilidade térmica e o pulso que conta o detector tem um potencial de aceleração do cargo de 4 keV aumentar a eficiência na massa alta. O espectrómetro está disponível em escalas em massa de 300u, de 510u e de 1000u para aplicações diferentes.

Imediatamente atrás do extractor é uma fonte de íon do impacto do elétron da eficiência elevada que possa ser usada para a espectrometria em massa neutra engasgada (SNMS) ou a análise de gás residual.

SNMS - Cruzando o Limite da Quantificação

A análise de SIMS é altamente sensível e ideal para a análise dos entorpecentes, dos estudos da difusão e da contaminação. Os esquemas da Quantificação para SIMS supor geralmente que a impureza que está sendo medida é diluída (menos do que alguns por cento). Acima deste limite diluído a probabilidade da ionização torna-se dependente da concentração de impureza própria, assim como da química da matriz. A espectrometria em massa neutra Engasgada (SNMS) supera ordenadamente esta limitação.

MÁXIMA que executa a análise de SNMS

Em primeiro lugar, a maioria de íons do espécime (o sinal de SIMS) são rejeitados por potenciais apropriados do alvo e da deflexão. Em Seguida, as partículas neutras que derivam da amostra são ionizadas na fonte do impacto do elétron; são separados dos íons residuais do gás, igualmente formando, por sua energia cinética que é significativamente mais alta. Porque a ionização ocorre longe da superfície da amostra a probabilidade da ionização é sempre a mesma, assim o sinal de SNMS é fácil de determinar.

Controle do Instrumento - Removendo a Adivinhação

O instrumento é controlado usando o conjunto de software de Hiden MASsoft. Isto fornece a optimização eficiente e reprodutível automática da coluna do íon e do espectrómetro secundários - remover a adivinhação. Se for necessário todos os parâmetros podem igualmente manualmente ser ajustados. MASsoft fornece um grupo muito poderoso de espectrómetro, de rastering, de bloquear e de controles de manipulação de dados, uma árvore clara simples do fluxo de processo. Uma facilidade é fornecida de modo que a quantidade de controle possa ser limitada, com algumas opções para o usuário inexperiente até ao pleno controlo para aquelas que desejam experimentar.

Útil, as tarefas geralmente empreendidas (como o ajustamento da coluna e a coleção do espectro) podem ser ajustadas como botões programáveis do quickstart do usuário simples, permitindo uma análise de ser iniciado por um único clique do rato.

Visão da Amostra

É negligenciada frequentemente mas uma visão clara da amostra antes e durante a análise facilita o trabalho do analista significativamente. Permite que as áreas sejam exactamente e visou-as segura. Em alguns casos as mudanças da cor durante a análise de filmes finos fornecem a informação adicionada sobre a taxa e a consistência da erosão. A estação de trabalho é equipada com uma câmera normal do CCD da cor da incidência e uma fonte luminosa fria do DIODO EMISSOR DE LUZ, dando uma visão clara da superfície da amostra.

Sistema da Visão

Opinião da Amostra de crateras da análise.

Inundação do Oxigênio

Ao fazer perfis de profundidade altos da definição da profundidade, especialmente na baixa energia (abaixo de 2 keV) com oxigênio, a superfície é sabida para tornar áspera e degradar a definição mesma que está sendo procurada. Contudo, se a superfície é feita para oxidar inteiramente durante a análise a definição da profundidade é mantida. Isto pode ser conseguido montando a arma na incidência normal (muito possível na Estação De Trabalho de SIMS) ou inundando a área da amostra com o oxigênio. Na Estação De Trabalho, um capilar fino traz o gás do oxigênio a exactamente onde se exige, trazendo aproximadamente uma melhoria drástica na definição.

Efeito da inundação do oxigênio na análise do espelho do nêutron de 3.6nm Fe/Si

Conclusão

A Estação De Trabalho de Hiden SIMS foi desenvolvida com interacção forte com as aquelas usadas a executar análises de SIMS para o trabalho e a pesquisa do serviço do contrato no muitos campos da análise. A filosofia do projecto foi simples, produzir um instrumento de análise apropriado de SIMS que combinasse a sensibilidade, a flexibilidade e a facilidade de operação altas, mas fazer igualmente lhe eficazes na redução de custos ambos em termos dos custos de capital e em curso.

A Estação De Trabalho de Hiden SIMS conseguiu estes alvos, sendo o único instrumento meados de-fixado o preço para incorporar as armas de íon do oxigênio e do césio - uma necessidade para a análise geral. Fornece um ambiente verdadeiro de UHV, um loadlock flexível e um sistema de manipulação da amostra. A facilidade encaixada de SNMS assegura-se de que a ferramenta cubra a escala de concentração analítica completa, do ppm completamente a 100% maioria e o sistema de dados significa que os resultados valiosos facilmente estão armazenados e exportados para outras aplicações. É fácil bastante configurar para a linha análise da produção, contudo fornecerá o profissional dedicado da pesquisa uma ferramenta limitada somente pela imaginação.

Source: Hiden Analítico

Para obter mais informações sobre desta fonte visite por favor Hiden Analítico

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

Last Update: 14. June 2013 04:37

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