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なぜ2種類のイオンビームが必要なの?

各種材料中の不純物や、ドーパントの深さ方向濃度分布を高感度に分析する手法として、二次イオン質量分析 (SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)が用いられています。SIMS分析では、分析対象元素や材料にも 依存しますが、ppm~ppbレベルの濃度測定を行う事が可能です。この「測定対象元素や材料に依存する」 という点がSIMS分析では、最も重要であり、その特性をいかに利用できるかが、高感度分析への鍵となります。 つまり、SIMS分析では、固体表面にイオンビーム(一次イオン)を照射し、固体表面から放出された正・負の 2種類のイオン(二次イオン)を検出しますので、いかに効率良く正・負の二次イオンを発生させることが 出来るかがポイントとなります。そのため、正イオン、負イオンのそれぞれの極性のイオン化効率をそれぞれ 高めるため、化学的に活性な2種類の一次イオンビーム(O2+ビーム、Cs+ビーム)が必要とされる訳です。 現在では、正イオンの分析には酸素イオンビーム(O2+)が用いられています。酸素イオンビーム照射による 表面酸化効果により仕事関数が増大し、放出される正イオンへの電子遷移が減少するため、正イオンの発生 効率が高まると考えられています。

一方、負イオンの分析にはCsイオンビーム (Cs+) が用いられています。Csのようなアルカリ金属元素は、 試料表面の仕事関数が低下するため、負イオンの生成確立が高まるとされています。

弊社HPのSIMS分析紹介ページでは、測定対象元素が どちらのイオンビームの測定に適しているかを知ることがきるように、元素の周期率表と分析に用いる 酸素イオンビーム、Csイオンビームの対応表を載せていますのでご参照下さい。

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