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FIB-SIMS－聚焦離子束二次離子質譜奈米材料分析系統

FIB-SIMS－聚焦離子束二次離子質譜奈米材料分析系統

為既有 FIB 系統增加高靈敏度 SIMS、奈米級 Elemental Mapping 與 3D Depth Profiling

Hiden FIB-SIMS 是一套可整合至既有 Focused Ion Beam（FIB）系統的高性能 Secondary Ion Mass Spectrometry 分析方案。

系統結合 FIB 的精密 Primary Ion Beam 與 SIMS 的高表面靈敏度，可對材料最上層奈米區域進行 Elemental、Isotopic、Atomic Ion 與 Molecular Ion Analysis。

此架構特別適合先進材料、半導體、薄膜、電池與奈米科技中的高靈敏度表面 Mapping、Depth Profiling 與 Correlative Microscopy。

FIB-SIMS 系統概述

結合 Focused Ion Beam 與 Secondary Ion Mass Spectrometry，提供奈米尺度高靈敏度化學分析。

FIB 可將 Primary Ion Beam 聚焦至極小區域，並利用受控 Sputtering 移除材料。當 Primary Ion Beam 轟擊 Sample Surface 時，材料會產生 Secondary Ions。

FIB-SIMS 收集並分析這些 Secondary Ions，即可取得樣品最表面與深度方向的 Chemical Composition、Elemental Distribution 與 Isotope Information。

相較僅能提供形貌資訊的電子顯微技術，FIB-SIMS 能將高空間解析的材料加工能力與高靈敏度化學分析整合，因此特別適合 Nano-Scale Materials Characterisation。

Hiden 官方指出，FIB-SIMS 可用於 ppm 等級 Trace Element Analysis，並進行高靈敏度 3D Elemental Mapping 與 Depth Profiling。

FIB-SIMS 分析原理

從精密離子束濺射到 Secondary Ion Detection，建立材料的化學與深度資訊。

Focused Ion Beam

FIB 將 Primary Ion Beam 聚焦至 Sample Surface 的特定微區域。

Secondary Ion Generation

Primary Ion Bombardment 使材料表面濺射，部分粒子形成帶電 Secondary Ions。

Mass Spectrometry

SIMS Analyzer 依 Mass-to-Charge Ratio 分析 Secondary Ions，建立元素、同位素與深度分布資訊。

Nano-Scale Elemental Surface Mapping

將 SEM / FIB 影像與元素化學資訊結合，定位材料中的微小特徵與污染來源。

FIB-SIMS 可在 SEM 的 Field of View 中取得 Elemental Image，將形貌資訊與化學組成直接進行 Correlative Analysis。

官方資料列出的典型 Surface Mapping Lateral Resolution 可達 <50 nm。

此能力特別適合 Grain Boundary、Micro-Contamination、Local Defects、Thin Film Features 與複雜異質材料中的局部元素分析。

3D Depth Profiling 與 Chemical Mapping

利用逐層濺射與元素成像重建材料內部的三維化學分布。

從 Surface Mapping 延伸至 3D Material Analysis

FIB Beam 可逐層移除材料，同時 SIMS 持續收集 Secondary Ion Data。

將不同 Sputter Depth 的 Elemental Maps 疊合後，即可重建材料內部的 3D Chemical Distribution。

Hiden 官方列出的典型 Depth Resolution 為 <20 nm，適合 Thin Film、Interface、Multilayer、Diffusion Layer 與 Nano-Structure Analysis。

Feature MS－特定微區域質譜分析

從污染物、晶界或局部缺陷區域直接取得完整 Mass Spectrum。

FIB-SIMS 提供 Hiden 所稱的 Feature MS 分析模式。

使用者可選擇 SEM / SIMS Image 中特定 Region of Interest，再針對該區域取得 Mass Spectral Data。

例如可針對單一 Contaminant Particle、Grain Boundary、Local Defect 或特殊材料區域進行質譜分析，避免分析結果被周圍非目標區域稀釋。

Isotope、Atomic Ion 與 Molecular Ion Detection

除元素辨識外，可進一步研究同位素與分子離子訊號。

FIB-SIMS 可進行 Isotope Detection，例如 Hiden 官方列出的 ⁶⁹Ga 與 ⁷¹Ga。

系統亦可偵測 Atomic Ions 與 Molecular Ions，例如 Zr⁺ 與 ZrO⁺。

這項能力使 FIB-SIMS 不只可回答「有哪些元素」，也可進一步取得 Isotopic Composition 與部分 Molecular / Chemical Information。

Retractable Extraction Optics

可伸縮式 Secondary Ion Extraction Optics，兼顧 FIB / SEM 既有分析功能。

FIB Chamber 通常已配置 Electron Column、Ion Column、Detectors、GIS 與其他分析設備，因此新增 SIMS 必須考量 Chamber Geometry 與 Working Distance。

Hiden FIB-SIMS 採用 Retractable Extraction Optics。進行 SIMS 時可將 Extraction Optics 移動至 Sample 附近，提高 Secondary Ion Collection Efficiency。

當進行其他 FIB / SEM Analysis 時，Extraction Optics 可退回，降低對既有 Equipment Geometry 與其他分析功能的干擾。

FIB 系統客製化整合

可依既有 FIB Chamber、Port Geometry 與分析設備配置設計安裝方案。

Hiden 提供針對不同 FIB Systems 的 Customised Mounting Solutions。

實際整合時需考量 Chamber Port、Sample Working Distance、FIB Column、SEM Column、Existing Detectors、Gas Injection System 與其他 Accessories 的空間位置。

因此 FIB-SIMS 並非單一固定幾何的分析器，而是可依 Existing FIB Instrument 進行 Mechanical 與 Ion Optical Integration。

Hiden SIMS Mapper 軟體

控制 FIB Beam，取得 SEM Field of View 中的 Elemental Images 與 3D Depth Profiles。

Hiden SIMS Mapper 可控制 FIB Beam，在 SEM Field of View 中進行 Secondary Ion Mapping。

軟體可將 FIB Rastering 與 Mass Spectrometer Data Acquisition 同步，使特定 Ion Species 的訊號轉換為 2D Elemental Image。

透過逐層 Sputtering 與 Image Acquisition，可進一步建立 3D Depth Profile，形成 Nano-Scale Correlative Microscopy Workflow。

FIB Beam Control
Elemental Surface Mapping
3D Depth Profiling
Region of Interest Selection
Feature MS Analysis
Atomic / Molecular Ion Detection
Isotope Analysis
Nano-Scale Correlative Microscopy

FIB-SIMS 主要特色

高靈敏度、高動態範圍、奈米級 Mapping 與彈性的 Existing FIB Integration。

Nano-Scale Elemental Surface Mapping
3D Depth Profiling
Materials Analysis
Excellent Sensitivity and Dynamic Range
Trace Element Analysis 至 ppm 等級
Isotope Detection

Atomic and Molecular Ion Detection
Feature MS Region-Specific Mass Spectra
Customised Software Interface
Custom Mounting Solutions for FIB Systems
Retractable Extraction Optics
Hiden SIMS Mapper Control

FIB-SIMS 主要分析規格

依 Hiden Analytical 現行 FIB-SIMS 官方公開資料整理。

Analysis Technique	Focused Ion Beam Secondary Ion Mass Spectrometry
System Integration	Bolt-On SIMS Capability for Existing FIB Systems
Surface Mapping Resolution	<50 nm Lateral Resolution
Depth Resolution	<20 nm
Trace Analysis	Trace Elements down to ppm Levels
Imaging	Nano-Scale Elemental Surface Mapping
3D Analysis	3D Depth Profiling
Isotope Detection	Supported，例如 ⁶⁹Ga / ⁷¹Ga
Ion Detection	Atomic and Molecular Ions，例如 Zr⁺ / ZrO⁺
Feature MS	Mass Spectra from Selected Regions of Interest
Extraction Optics	Retractable Secondary Ion Extraction Optics
Software	Hiden SIMS Mapper

FIB-SIMS 典型應用

適合需要奈米級空間定位、痕量元素與 3D Chemical Analysis 的先進材料研究。

Semiconductor 半導體

分析 Dopant、Trace Contamination、Thin Film Interface、Local Defect 與微小製程異常區域。

Thin Films 薄膜

進行 Multilayer、Interface、Diffusion、Contamination 與 Nano-Scale Depth Profiling。

Battery Materials 電池材料

研究 Electrode、Electrolyte、Interface、Lithium Distribution 與局部材料化學變化。

Solar Cells 太陽能材料

分析 Trace Elements、Thin Film Layers、Interface Composition 與局部製程缺陷。

Grain Boundary Analysis

利用 Feature MS 與 Elemental Mapping 研究 Grain Boundary 中的元素偏析與污染。

Contamination Analysis

定位微小 Contaminant Particle，並直接取得該區域的 Mass Spectrum。

3D Materials Characterisation

利用逐層 FIB Sputtering 與 SIMS Mapping 建立材料內部三維化學分布。

Correlative Microscopy

整合 SEM Morphology 與 SIMS Elemental Information，建立多技術 Nano-Scale Characterisation。

為何在 FIB 系統中加入 SIMS？

讓高解析顯微與材料加工設備同時取得高靈敏度 Chemical Information。

FIB / SEM 可提供極佳的 Morphology、Cross-Section、Micro-Machining 與 Sample Preparation 能力，但單靠影像通常無法充分辨識 Trace Element 或特定 Isotope。

SIMS 則具有極高的表面與痕量元素靈敏度，但若搭配 FIB，可進一步將分析位置縮小至特定 Nano / Micro Region。

因此 FIB-SIMS 將高空間解析、高化學靈敏度、Elemental Mapping 與 3D Depth Profiling整合於同一 Vacuum Platform，特別適合複雜材料失效分析與先進研究。

Hiden 表面分析質譜應用影片

Mass Spectrometers for Surface Analysis Applications

FIB-SIMS 分析重點

Hiden FIB-SIMS－Nano-Scale Materials Analysis

恩詠有限公司－Hiden FIB-SIMS 奈米材料分析系統整合

FIB-SIMS 屬於高度客製化的 Bolt-On Surface Analysis Solution，實際配置會受到 Existing FIB Model、Chamber Geometry、Available Port、Working Distance、Primary Ion Species、Target Elements、Required Spatial Resolution 與 Existing Detectors 影響。

恩詠有限公司可依客戶的FIB / SEM 品牌與型號、分析腔體配置、樣品材質、Target Elements、Trace Concentration、Isotope Analysis、Nano-Scale Mapping、3D Depth Profiling、Feature MS 與 Installation Geometry，協助評估適合的 Hiden FIB-SIMS 系統整合方案。

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