產品專區
- Hiden Analytical
- Nanotechnology
- XBS－MBE 多源分子束監測與沉積速率控制系統
XBS－MBE 多源分子束監測與沉積速率控制系統
XBS－MBE 多源分子束監測與沉積速率控制系統
In-Situ Molecular Beam Monitoring、Source Analysis 與 MBE Thin Film Growth Control
Hiden XBS（Cross Beam Source）是一套專為MBE 分子束外延與多源薄膜沉積製程設計的 Quadrupole Mass Spectrometer，可直接對多個 Molecular Beam Source 進行原位監測。
系統利用特殊 Crossbeam Ion Source Geometry，讓不同 Source Beam 通過分析區域，並即時取得與分子束組成及強度相關的質譜訊號，用於監控 Source Stability、Beam Composition 與 Thin Film Growth Rate。
XBS 特別適合需要高穩定度、高靈敏度與可重複沉積條件的 MBE、Molecular Beam、Thin Film Deposition 與 Advanced Materials Research。
XBS 系統概述
利用 Crossbeam Quadrupole Mass Spectrometry，同時監測多個 Molecular Beam Source。
Molecular Beam Epitaxy（MBE）與其他 Molecular Beam Deposition 製程通常包含多個 Evaporation、Effusion Cell 或 Source Material。各 Source 的穩定度與 Flux 會直接影響薄膜組成、Stoichiometry、Growth Rate 與最終材料品質。
Hiden XBS RC 是一套專為 Multi-Source Monitoring 設計的 Quadrupole Mass Spectrometer，可同時監測多個 Molecular Beam Source，並輸出即時 Signal 供沉積製程監控與控制使用。
相較於僅量測 Chamber Background Gas 的一般 RGA，XBS 的核心目的是直接量測由 Source 發出的分子束，因此可取得與實際 Deposition Flux 更直接相關的質譜資訊。
70° Crossbeam Ion Source Geometry
特殊 Crossbeam 結構讓不同方向的 Molecular Beam 進入 Ionisation Region。
±35° Beam Acceptance
Hiden XBS 的 Ion Source 具有特殊 Crossbeam Geometry，提供總計約 70° 的 Beam Acceptance，也就是相對於 Transverse Axis 約 ±35°。
不同 MBE Source 所形成的 Molecular Beam 可由不同方向穿過 Ionisation Region，再由 Quadrupole Mass Spectrometer 分析其 Mass Spectrum 與 Signal Intensity。
此設計使一套 XBS 可針對多個 Source Position 建立原位監控，而不需要為每一個 Source 安裝獨立的分析器。
可客製化 Beam Acceptance Aperture
依實際 MBE Chamber Geometry 與 Source Position 配置每一個 Beam Channel。
XBS 的 Beam Acceptance Apertures 會依特定 Process Chamber 中各 Source 的位置分別配置。
標準設計使用約 2 mm Beam Acceptance Aperture，並製作為 Replaceable Plug-In Elements。
若未來 Chamber Geometry、Source Position 或沉積設備配置有所改變，可以更換相對應的 Aperture Element，而不需要更換整套 Mass Spectrometer。
此模組化方式特別適合研究型 MBE 系統，因為研究設備可能隨材料系統或實驗需求增加新的 Source 或重新配置 Existing Source Geometry。
MBE 多源監測工作原理
由 Source Beam Sampling 到 Mass Analysis，再將 Signal 提供給 Deposition Control。
Molecular Beam Generation
MBE Effusion Cell 或其他 Source 產生 Molecular / Atomic Beam，朝向 Substrate 進行薄膜沉積。
Crossbeam Sampling
不同 Source Beam 通過 XBS Crossbeam Ionisation Region，形成可被質譜分析的離子訊號。
Real-Time Monitoring
Mass Spectrometer 持續監測 Source Species 與 Signal Intensity，用於判斷 Beam Stability、Flux 與 Growth Condition。
低成長速率 Thin Film Monitoring
高靈敏度與快速資料擷取，可監測非常低的 Molecular Beam Growth Rate。
Hiden XBS 的高靈敏度與快速 Data Acquisition，可產生足以進行低 Growth Rate Process Control 的即時訊號。
Hiden 官方指出，XBS 可支援約 0.01 Å/s 的 Growth Rate Control，並可監測約 1 Å/min 或更低的薄膜成長速率。
這對 Quantum Structures、III-V Semiconductors、Advanced Thin Films 與需要極慢成長速率的研究型 MBE 製程尤其重要。
高靈敏度 Molecular Beam Detection
從主要 Source Species 到低強度 Beam Component，維持寬廣分析動態範圍。
XBS 的分析範圍可涵蓋由主要 Source Species 到微量 Beam Component，官方資料列出 Detection Capability 可由 100% 延伸至約 5 ppb。
在 Molecular Beam Study 中，最低訊號可低至約 30 ions/second。
這種高靈敏度特性使研究人員除了觀察主要 Depositing Species，也能研究低濃度 Impurity、Source Contamination 或背景 Species。
Soft Ionisation 與 Appearance Potential Mass Spectrometry
利用可控制 Electron Energy，降低 Fragmentation 並改善 Molecular Species 判讀。
複雜 Molecular Beam Species 在一般 Electron Impact Ionisation 條件下可能產生多個 Fragment Ions，使不同 Parent Molecule 的質譜訊號彼此重疊。
XBS Ion Source 可控制 Electron Energy，因此可執行 Soft Ionisation 與 Appearance Potential Mass Spectrometry。
利用接近 Species Ionisation Threshold 的 Electron Energy，可降低不必要的 Fragmentation，有助於辨識 Beam 中的 Molecular Species、Precursors 與 Reactive Components。
RF-Only Pre-Filter 與抗污染設計
針對 MBE Source Condensation 與長時間沉積環境提高分析器穩定度。
MBE Source 可能包含容易凝結的 Metal、Semiconductor 或其他低蒸氣壓材料，長時間使用時容易在 Mass Spectrometer 內形成沉積污染。
XBS 採用 RF-Only Pre-Filter Stage，可提高主 Quadrupole Mass Filter 對污染的耐受性。
系統亦整合 UHV-Compatible Water-Cooled Shroud，降低熱負載及 Deposition Environment 對分析器的影響。
這些設計都是針對長時間 MBE Deposition Monitoring 而設計，使 Mass Filter 與 Ion Optics 能在高污染風險環境中維持較穩定的分析性能。
長時間穩定度與製程重複性
適合長時間 MBE Growth Process 與不同 Batch 之間的 Source Stability Monitoring。
MBE Thin Film Growth 常需要數小時以上的 Continuous Deposition，因此分析器的 Long-Term Stability 對可靠的 Source Monitoring 非常重要。
Hiden XBS 官方列出的長時間穩定度為 24 小時內 Peak Height Variation 小於 ±0.5%。
穩定的 Mass Spectrometer Response 有助於區分真正的 Source Flux Change 與 Instrument Drift，提高 Growth Process Monitoring 的可信度。
XBS 主要特色
專為 MBE Multi-Source Monitoring、低 Growth Rate 與 UHV Deposition Environment 設計。
- MBE Multi-Source In-Situ Monitoring
- Crossbeam Quadrupole Mass Spectrometer
- 70° Total Beam Acceptance
- ±35° Transverse Beam Acceptance
- 2 mm Application-Specific Beam Aperture
- Replaceable Plug-In Aperture Elements
- Detection Range from 100% to approximately 5 ppb
- Mass Range up to 510 amu
- Detection Limits down to approximately 30 ions/s
- Growth Rate Monitoring at 1 Å/min and Lower
- 24 h Stability better than ±0.5%
- UHV-Compatible Water-Cooled Shroud
XBS 系統重點規格
依 Hiden Analytical 現行 XBS 官方公開資料整理。
| System Type | Crossbeam Quadrupole Mass Spectrometer for Molecular Beam Monitoring |
|---|---|
| Primary Application | MBE Multi-Source Monitoring / Thin Film Deposition Control |
| Beam Acceptance | 70° Total Acceptance / approximately ±35° to Transverse Axis |
| Beam Aperture | Approximately 2 mm, Configured for Specific Source Geometry |
| Aperture Design | Replaceable Plug-In Elements |
| Mass Range | Up to 510 amu |
| Detection Capability | From Major Components to approximately 5 ppb |
| Molecular Beam Detection Limit | Down to approximately 30 ions/second |
| Growth Rate Monitoring | Approximately 1 Å/min and Lower |
| Growth Control Capability | Signals suitable for growth rates from approximately 0.01 Å/s |
| Long-Term Stability | Less than ±0.5% Peak Height Variation over 24 h |
| Ionisation | Electron Impact / Soft Ionisation / Appearance Potential MS |
| Contamination Resistance | RF-Only Pre-Filter Stage |
| Thermal / Vacuum Protection | Integral UHV-Compatible Water-Cooled Shroud |
| Software | Hiden MASsoft Professional |
| Instrument Control | USB 2.0 / RS232 / Ethernet |
| Operating System | Windows 10 / Windows 11 |
XBS 典型應用
適合需要直接量測 Molecular Beam Source 與薄膜成長條件的 UHV Deposition Research。
MBE Molecular Beam Epitaxy
直接監測不同 Effusion Cell 或 Evaporation Source 的 Beam Signal，用於 MBE Thin Film Growth Control。
Multi-Source Deposition
同時分析多個 Source 的 Molecular Beam，監控 Source Stability、Composition 與相對 Flux。
III-V Semiconductors
應用於 GaAs、InP、GaN 及其他 Compound Semiconductor MBE Process 的 Source Monitoring。
Thin Film Growth Rate
監控極低 Growth Rate 的沉積條件，適合精密 Thin Film 與 Multilayer Structure Growth。
Source Contamination
藉由 Mass Spectrum 觀察 Source Beam 中可能存在的 Impurity、Contamination 與非預期 Species。
Molecular Beam Studies
研究 Molecular Beam Composition、Beam Chemistry 與不同 Source Operation Parameters 的影響。
Quantum Materials
適合需要高 Source Stability 與精密 Stoichiometry Control 的 Quantum Well、Superlattice 與先進材料研究。
Process Development
利用即時 Beam Signal 比較不同 Source Temperature、Flux Setting 與 Deposition Recipe。
XBS 與一般 RGA 的差異
RGA 主要分析 Chamber Background；XBS 則針對 Molecular Beam Source 進行直接監測。
一般 Residual Gas Analyser 主要量測 Vacuum Chamber 中的 Background Gas、Leaks、Water、Hydrocarbons 與 Process Residual Species。
XBS 則利用 Crossbeam Source Geometry，讓來自不同 MBE Source 的 Molecular Beam 直接通過 Ionisation Region。
因此若研究目的主要是Chamber Vacuum Diagnostics，一般 RGA 較適合；若需要知道實際 Source Beam 的 Composition、Intensity、Stability 與 Growth Condition，則 XBS 更具針對性。
MASsoft Professional 與製程資料整合
即時 Mass Spectrum、Trend Monitoring 與 External Process Parameter Integration。
XBS 搭配 Hiden MASsoft Professional，可進行 Mass Spectrometer Control、Mass Scan、Multiple Ion Monitoring、Trend Display 與長時間 Data Logging。
MASsoft Professional 支援 Windows 10 / Windows 11，儀器可透過 USB 2.0、RS232 或 Ethernet 進行控制。
系統亦提供 I/O 功能，可將 Source Temperature、Deposition Parameter 或其他 External Instrument Signal 與 Mass Spectrometer Data 整合顯示。
恩詠有限公司－Hiden XBS MBE 分子束監測系統整合
XBS 的實際配置需依 MBE Chamber Geometry、Source Number、Source Position、Beam Direction、Target Species、Expected Flux、Mass Range、Growth Rate 與 Vacuum Condition 進行規劃。
恩詠有限公司可依客戶的MBE 系統、Effusion Cell / Evaporation Source 數量、Source Geometry、Thin Film Material、Target Species、Growth Rate、Mass Range、Beam Aperture、UHV Chamber Port 與 Process Monitoring需求，協助評估適合的 Hiden XBS 系統配置與整合方式。