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SIMS Workstation－高靈敏度二次離子質譜表面分析系統
SIMS Workstation－高靈敏度 UHV 二次離子質譜表面分析系統
Dynamic / Static SIMS、SNMS、正負二次離子分析、薄膜深度剖析與元素成像
Hiden SIMS Workstation 是一套高度模組化的超高真空 UHV Secondary Ion Mass Spectrometry 表面分析平台，可於同一套系統中執行 Dynamic SIMS 與 Static SIMS。
系統可分析 Positive 與 Negative Secondary Ions，並透過 Dual-Mode MAXIM Mass Spectrometer 執行 SNMS Secondary Neutral Analysis，適合薄膜、半導體、奈米材料、能源材料、陶瓷、金屬、聚合物與其他先進材料研究。
SIMS Workstation 系統概述
從單一原子層至數百奈米深度，取得材料元素、同位素、污染物與薄膜界面資訊。
Secondary Ion Mass Spectrometry（二次離子質譜，SIMS）是材料表面與近表面分析中極高靈敏度的技術之一，可研究從數百奈米深度至接近單一原子層的材料組成。
Hiden 官方指出，SIMS 可取得低至 parts-per-billion（ppb）範圍的 Composition Data，並可分析各類適合在真空環境中量測的材料，例如 Ceramics、Metals、Organic Materials、Polymers 與 Semiconductors。
分析時 Primary Ion Beam 轟擊 Sample Surface，使極少量材料被 Sputtered，其中部分粒子形成 Secondary Ions。這些離子進入 Mass Spectrometer 後，可得到材料表面、近表面與深度方向的 Chemical Composition Information。
Dynamic SIMS 與 Static SIMS
同一套 Workstation 同時支援最表面層化學分析與高靈敏度材料深度剖析。
Static SIMS－最表面與近表面化學資訊
Static SIMS 使用較低 Primary Ion Dose，以盡量降低分析本身對 Sample Surface 的破壞，因此特別適合研究材料最外層及近表面區域。
此模式適合 Surface Contamination、Organic Materials、Polymers、Surface Treatment、Molecular Fragments 與薄膜最表層化學組成分析。
Dynamic SIMS－薄膜與奈米級 Depth Profiling
Dynamic SIMS 使用較高 Primary Ion Dose，Primary Beam 必須在 Sample Surface 進行 Raster Scan，以形成較均勻的 Flat-Bottomed Sputter Crater。
在持續濺射材料的同時量測 Secondary Ion Signal，即可建立不同元素或 Species 隨 Sputter Time / Depth 改變的 Depth Profile。
特別適合 Thin Films、Multilayer Structures、Dopants、Interfaces、Diffusion Layers 與 Trace Contamination Depth Analysis。
SIMS / SNMS 雙模式質譜分析
Dual-Mode MAXIM 同時提供 Secondary Ion 與 Sputtered Neutral Species 分析能力。
在 Secondary Ion Detection Mode 下，SIMS Workstation 可進行 Positive（+ve）與 Negative（-ve）Secondary Ion Detection。
系統亦整合 Ioniser，可進行 SNMS（Sputtered Neutral Mass Spectrometry）。濺射產生的 Neutral Species 經重新游離後進入 Mass Analyzer，可補充一般 SIMS Secondary Ion Yield 容易受到 Matrix Effect 影響的分析需求。
依 Hiden 現行官方資料，SIMS / SNMS Analysis Mode 可搭配不同 Mass Range Configuration，最高可選至 5000 amu。
| Analysis Modes | Static SIMS / Dynamic SIMS / SNMS |
|---|---|
| Ion Polarity | Positive (+ve) / Negative (-ve) Secondary Ion Detection |
| Neutral Analysis | Integrated Ioniser for SNMS |
| Mass Analyzer | Hiden Dual-Mode MAXIM Mass Spectrometer |
| Mass Range Options | 依配置最高可達 5000 amu |
| Sensitivity | 可進行 ppb Range 高靈敏度 Composition Analysis |
Primary Ion Source 選擇
可依 Secondary Ion Polarity、材料種類、靈敏度與空間解析需求配置不同 Primary Excitation Source。
IG20 Gas Ion Gun
使用 Oxygen、Argon 或其他適合氣體作為 Primary Ion Beam，適合 Positive SIMS、Depth Profiling、Surface Cleaning 與材料濺射分析。
IG5C Caesium Ion Gun
Cs Primary Ion Source 特別適合提升 Electronegative Species 的 Negative Secondary Ion Yield，常用於高靈敏度 Negative SIMS。
IFG200 FAB
Fast Atom Bombardment Source 可依 Static SIMS 與特定表面分析需求進行配置。
Liquid Gallium Ion Gun
High Performance Liquid Gallium Gun 可提供較小 Primary Beam Spot，適合微區域與高空間解析的 SIMS Analysis。
SIMS Workstation 主要特色
高度模組化 UHV Surface Analysis Platform，可依研究目的擴充 Ion Source、Charge Neutralisation、Imaging 與 Sample Handling。
- Hiden MAXIM SIMS Analyser
- MASsoft Professional Control
- ppb Range High-Sensitivity Analysis
- Integrated Ioniser for SNMS
- Differentially Pumped Primary Ion Sources
- IG20 / IG5C / IFG200 / Liquid Gallium Gun
- Ion Gun Raster Control
- Integrated Signal Gating for Depth Profiling
- Electron Flood Gun Charge Neutralisation Option
- Vacuum Chamber Bakeout Heaters
- Fast Sample Transfer + Load Lock
- UHV Sample Manipulator
- Automatic SIMS Ion Optics Lens Tuning
- Automatic Mass Alignment
UHV Sample Handling 與分析腔體
潔淨超高真空環境、快速 Sample Transfer 與高精度樣品定位。
- Fast Sample Transfer Architecture
- Sample Holder 與 Manipulator
- Load Lock Sample Introduction
- UHV Manipulator，可最佳化 Sample Position
- Vacuum Chamber Bakeout Heater
- Electron Flood Gun，可用於 Insulator Charge Neutralisation
- 高度模組化，可整合其他 UHV Surface Analysis Components
Depth Profiling 與 Signal Gating
利用 Primary Ion Rastering 與 Gated Detection 提升薄膜深度剖析品質。
Dynamic SIMS 進行 Depth Profiling 時，Primary Ion Gun 會在 Sample Surface Raster Scan，逐層移除材料。
若直接收集整個 Sputter Crater 的離子訊號，Crater Edge、Sidewall 或不均勻 Sputtering 可能影響實際 Depth Resolution。
Hiden SIMS Workstation 整合 Ion Gun Raster Control 與 Signal Gating，可將有效分析訊號限制於較理想的 Crater Center Region，降低邊緣區域造成的分析誤差。
此方式特別適合 Multilayer Films、Semiconductor Dopants、Diffusion Interfaces 與 High Dynamic Range Depth Profile。
絕緣材料 Charge Neutralisation
Electron Flood Gun 可降低非導電材料 Surface Charging 對 Secondary Ion Extraction 的影響。
分析 Polymer、Oxide、Ceramic、Dielectric 或其他 Insulating Materials 時，Primary Ion Beam 可能使樣品表面產生 Electrical Charging。
Surface Charging 會改變 Secondary Ion Energy 與 Extraction Trajectory，進而影響 Mass Spectrum Stability 與分析靈敏度。
SIMS Workstation 可選配 Electron Flood Gun 進行 Charge Neutralisation，使系統能延伸至更多 Non-Conductive Materials 的 Static / Dynamic SIMS Analysis。
SIMS Elemental Imaging 與 3D Chemical Analysis
由 Secondary Ion Signal 建立元素與化學物種的空間分布。
Hiden SIMS Workstation 可選配 SIMS Elemental Imaging，將 Secondary Ion Intensity 與 Sample Position 建立關聯，用於觀察不同元素或 Species 在材料表面的 Spatial Distribution。
結合 Depth Profiling，可將連續 Image Dataset 依 Sputtering Depth 疊加，建立 3D Concentration Distribution。
此功能適合研究 Local Contamination、Coating Uniformity、Interface Structure、Element Diffusion、Defects 與複雜材料 Chemical Distribution。
Hiden SIMS Mapper 軟體
從 Species Selection、Mass Interference、Depth Profile 到 3D Imaging 的完整 SIMS Data Workflow。
SIMS Mapper 提供 Hiden SIMS 系統專用的 Analysis Interface。待分析 Species 可直接由 Periodic Table View 選擇，並顯示可能存在的 Mass Interference。
分析期間資料會持續以 Image 方式收集。進行 Depth Profiling 時，即使實驗完成後，使用者仍可重新定義 Gated Area，並重新計算不同 Sample Region 的 Depth Profile。
多層 Image Dataset 亦可堆疊形成三維 Concentration Profile。
- 3D Imaging
- Highly Flexible Gated Depth Profiling
- Periodic Table Species Selection
- Mass Interference Highlighting
- Large Live Interactive Image Window
- Live Depth Profile Display
- Stored Analysis Templates
- Automatic Queued Running with Automatic Stage
- CSV 與 Hiden Proprietary Format Data Export
SIMS Workstation 典型應用
從 Semiconductor、Thin Film 到 Polymer、Energy Materials 與 Nanotechnology。
Thin Films 薄膜與多層結構
分析 Film Composition、Multilayer Interface、Element Diffusion、Contamination 與 Depth Distribution。
Semiconductor 半導體
適合 Dopant、Trace Elements、Interface、Surface Contamination 與高靈敏度 Depth Profiling。
Nanotechnology 奈米科技
分析 Nano-Scale Material Composition、Thin Layers、Surface Modification 與元素空間分布。
Fuel Cells & Energy Materials
研究 Electrode、Electrolyte、Interface、Element Migration 與材料老化相關 Chemical Distribution。
Ceramics & Metals
研究 Trace Elements、Oxide Layers、Surface Contamination 與材料深度方向 Composition。
Polymers & Organic Materials
利用 Static SIMS 研究 Molecular Fragments、Surface Treatment、Organic Contamination 與 Near-Surface Chemistry。
Hi5－同步正負二次離子分析
針對需要同時量測 Positive 與 Negative Secondary Ions 的進階 Dual-Polarity SIMS。
標準 SIMS Workstation 可執行 Positive 或 Negative Secondary Ion Detection；若研究需要在同一分析流程中同步取得兩種 Polarity Signal，Hiden 另提供 Hi5 / Dual Polarity SIMS Workstation。
此架構特別適合 Advanced Materials、Energy Materials、Battery Interfaces 與需要同時比較 Positive / Negative Secondary Ion Behaviour 的研究。
何時適合選擇 SIMS Workstation？
當研究需要高度彈性、UHV、Primary Ion Source 選擇與完整的深度／成像分析能力時。
若主要需求為簡單、例行且占地較小的 Positive SIMS Analysis，Compact SIMS 可提供較緊湊的平台。
若主要需求是 High Throughput 與 Automated Batch Analysis，AutoSIMS 則更適合大量樣品與固定 Method 的生產或 QC Environment。
但若研究需要Static / Dynamic SIMS、Positive / Negative Ion、SNMS、多種 Primary Ion Source、UHV Sample Handling、Charge Neutralisation、Depth Profiling 與 Elemental Imaging，SIMS Workstation 提供最大的系統配置彈性。
SIMS 表面分析影片
SIMS for Surface Analysis
恩詠有限公司－Hiden SIMS / SNMS 表面分析系統技術服務
SIMS Workstation 採高度模組化架構，實際系統配置會受到 Primary Ion Source、Target Species、Positive / Negative Ion、Mass Range、Sample Conductivity、Depth Resolution、Imaging、SNMS 與 UHV Sample Handling Requirement 影響。
恩詠有限公司可依客戶的樣品材質、分析元素或 Species、預估濃度、薄膜結構、Positive / Negative SIMS、Static / Dynamic SIMS、Depth Profiling、SNMS、2D / 3D Imaging、樣品導電性與 UHV Sample Handling需求，協助評估適合的 Hiden SIMS Workstation 系統配置。