SIMS (二次イオン化質量分析) SIMS として知られる表面分析プロセスは、二次イオン質量分析を意味する英語の頭字語にちなんでおり、分析対象のサンプルの表面にイオンのビームを照射することで構成されます。次に、サンプルを粉砕し、粉砕された物質の一部をイオン化します。これらの二次イオンは、サンプル表面の元素組成または同位体組成を測定する質量分析計に向かって加速されます。 SIMSは最も感度の高い表面分析手法ですが、正確な定量的解釈には他の手法に比べて困難が伴います。
歴史
SIMSの歴史は、この記事で参照されている書籍『二次イオン質量分析: 基本概念、機器の側面、アプリケーション、およびトレンド』で詳しく説明されています。イオンスパッタリングの最初の観察は1910 年にトムソンによって行われました。1949年頃にオーストリアのウィーンの大学でこの技術の開発につながる基礎研究を行ったのはヘルツォークとフィーボクのおかげです。 2 つの SIMS 機器プロジェクトが 1950 年代の終わりから独立して開発されました。リーブルとヘルツォークが主導したアメリカのプロジェクトはNASAの資金提供を受け、マサチューセッツ州のGCA Corp内で実施されました。フランスのプロジェクトは、ライモン・キャスタンによってオルセー大学で開始され、彼の博士課程の学生であり、その後後継者となったジョルジュ・スロジャンによって実行されました。 2 つの機器はそれぞれ、 GCA Corpとパリ地域にある CSF の子会社であるCamecaによって工業化されました。この会社は 2005 年現在も SIMS 機器に携わっています。最初の 2 つの機器、アメリカ式とフランス式には両方とも磁気分析装置が含まれていました。 1970 年代初頭、ミュンスター大学の Alfred Benninghoven とミュンヘン地域の K. Wittmack によって、分析装置として四重極を使用した SIMS 機器が開発されました。 1980 年代初頭、ミュンスター大学では、飛行時間(TOF) 分析装置が SIMS 装置 (Benninghoven、Niehus、Steffens) に統合されました。
計器類
SIMS 磁気
SIMS 機器には、分析対象のサンプル上に一次イオンプローブを生成する一次イオン カラムがあります。 IMS3f または IMS6f 機器の場合と同様に、プライマリ カラムには 2 つのイオン源を装備することができ、それぞれ電気陰性 (酸素) または陽性 (セシウム) 化学元素のイオンを生成します。サンプルは高電圧に高められ、二次イオンが磁気質量分析計に向けて加速されます。 SIMS イオンは多くの場合高いエネルギー分散を有するため、質量分析計は「二重焦点」である必要があります。つまり、磁石のエネルギー分散を補償する必要があります。これは、反対のエネルギー分散を生成する静電セクターの役割です。磁石のそれに。静電レンズで構成されるマッチングイオン光学素子が、サンプルと分光計の入口スリットの間に配置されます。静電的な球状セクターと磁石が両方とも非点収差であるという事実により、サンプルの画像を転送し、質量フィルター処理されたイオン画像をイオン – 光子変換デバイスに投影することが可能になります。より一般的には、定量分析の場合、二次イオンは検出器デバイス、電子増倍管、またはファラデー井戸に送られます。
技術的性能
SIMS により、10 12 ～ 10 16原子/cm3 の微量元素の限界検出が可能になります。サンプル表面の粉砕により、この技術により、深さ 10 マイクロメートルまでの「深さプロファイル」の再構築が可能になります。一次ビームの衝突エネルギーが 500eV 未満の場合、深さ分解能はナノメートルのオーダーになります。
スキャニングイメージングでは、特定の機器は 50 ナノメートルを超える横方向解像度を提供します。
標準サンプルを使用することで、精度0.01%の局所同位体比分析が可能
表面解析では、静的 SIMSと動的 SIMSを区別するのが一般的です。静的 SIMS はサンプル表面の単原子層の分析に対応し、動的 SIMS は体積分析に対応します。二次イオンを生成する物理プロセスは 2 つの場合で大きく異なります。
参考文献
二次イオン質量分析: 基本概念、機器の側面、応用、および傾向、A. Benninghoven、FG Rüdenauer、および HW Werner 著、ワイリー、ニューヨーク、1987 (1227 ページ)