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Dual Polarity SIMS Workstation 正負離子同步二次離子質譜表面分析系統
Dual Polarity SIMS Workstation－正負二次離子同步分析系統
單次分析同步取得 Positive / Negative Secondary Ions，建立更完整的材料化學資訊
Hiden Dual Polarity SIMS Workstation 是 Hiden SIMS Workstation 系列的進階雙極性分析架構，可在同一次分析中同步收集正離子與負離子 Secondary Ions。
傳統 SIMS 通常必須在正、負極性之間選擇，若要取得完整資訊往往需要對樣品進行兩次分析。Dual Polarity SIMS 透過兩套相對配置的 EQS SIMS Spectrometers，同時量測兩種極性，大幅提升資料完整性、分析效率與正負離子訊號之間的位置對準精度。
Dual Polarity SIMS 系統概述
解決傳統 SIMS 分別進行正、負離子分析時所產生的時間、樣品消耗與位置對準問題。
不同元素與材料在 Primary Ion Beam 濺射後，形成 Positive 或 Negative Secondary Ion 的效率可能存在明顯差異，因此單一離子極性通常無法完整呈現樣品中的所有化學資訊。
傳統 SIMS 若需要同時取得正、負離子資料，通常必須先完成一組 Positive Ion Analysis，再重新選擇位置進行 Negative Ion Analysis。
對於均質且分析面積大的樣品，例如 Silicon Wafer，兩次分析結果通常仍可進行對準；但若分析的是單一粒子、局部缺陷、非均質材料、珍貴微區域，或會在濺射過程中被消耗的樣品，第二次分析往往無法完全重現相同材料狀態。
Dual Polarity SIMS 讓正、負 Secondary Ions 來自完全相同的一次濺射過程，使材料的 Chemical Profile、Depth Profile 與 Imaging 資料具有更好的對應性。
雙 EQS Spectrometer 同步偵測架構
兩套對向 EQS 分析器分別收集正、負二次離子，共享完全相同的 Primary Ion Sputtering 條件。
Positive Ion Detection
其中一套 Hiden EQS SIMS Spectrometer 專門收集 Positive Secondary Ions，適合分析具有較高正二次離子產率的元素、Matrix Species 與相關化學物種。
Negative Ion Detection
另一套相對配置的 EQS SIMS Spectrometer 同步收集 Negative Secondary Ions，可提升 Electronegative Elements、Dopants 與部分 Trace Species 的分析完整性。
Opposing EQS Geometry
兩套 EQS SIMS Spectrometers 配置於 SIMS Workstation 分析腔體的相對方向，使 Primary Ion Beam 轟擊樣品後所產生的 Positive 與 Negative Secondary Ions 能在同一次分析過程中同步收集。
相對配置的電場與離子光學設計除了提供雙極性量測能力，也能提升 Secondary Ion Collection Efficiency，適合需要高靈敏度與完整元素資訊的表面分析。
Dual Polarity Detection 主要優勢
單次分析取得完整雙極性資訊，特別適合高價值、非均質或無法重複量測的樣品。
- Positive / Negative Secondary Ions 同步收集
- 不需在分析前只選擇單一離子極性
- 一次 Sputtering 即可取得雙極性資料
- 降低整體分析時間
- 降低 Sample Consumption
- 改善 Depth Profile Registration
- 改善 2D / 3D Chemical Image Registration
- 適合 Inhomogeneous Samples 非均質樣品
- 適合 One-Shot Analysis 樣品
- 提高 Chemical Profile 資訊完整度
CsM+ 與負離子同步分析
搭配 Cs Primary Ion Gun，可於同一次分析中取得 Matrix、負電性元素與痕量雜質資訊。
Dual Polarity SIMS 可搭配 Hiden SIMS Workstation 的不同 Primary Ion Sources。使用 Cs Primary Ion Gun 時，可進一步結合 Hiden CsM+ Analysis 方法。
在同一次分析中，可同步偵測CsM+ Molecular Ions、Positive Atomic Ions 以及 Negative Atomic Ions，使分析者能同時取得 Matrix Composition、Electronegative Dopants 與 Trace Impurities 等資訊。
對於複雜氧化物、多元素薄膜及需要降低 Matrix Effect 影響的材料研究，這種同步量測方式可提供更完整的材料組成資訊。
Primary Ion Gun 相容性
Dual Polarity SIMS 可配合不同 Primary Ion Sources，依分析元素、材料及正負離子 Yield 選擇適合條件。
| Argon Primary Ions | 適合 Oxide Materials、Solar Cell、多元素材料及較高濃度成分分析。 |
|---|---|
| Oxygen Primary Ions | 可提升多種元素的 Positive Secondary Ion Yield，適合 Dopant、Matrix Species 與痕量正離子分析。 |
| Cs Primary Ion Gun | 適合 Electronegative Dopants、Negative Atomic Ions 與 CsM+ Analysis。 |
| Dual EQS Detection | 兩套對向 EQS Spectrometers，同步收集 Positive / Negative Secondary Ions。 |
| Analysis Modes | Mass Spectra、Depth Profiling、Secondary Ion Imaging 與 2D / 3D Chemical Mapping。 |
典型應用
適合需要完整正負離子資訊、單次分析及精確空間／深度對準的進階材料研究。
Solar Cells 太陽能電池
適合 CIGS 等複雜多層薄膜，可同步觀察 Matrix、Dopant、Trace Impurity 與不同元素在薄膜深度方向的分布。
Oxide Materials 氧化物
同時分析不同 Secondary Ion Polarity 的物種，適合 Functional Oxide、複合氧化物及能源材料研究。
Dopant Depth Profiling
同步取得正、負 Dopant Signal，可提高半導體、多層薄膜及元素擴散研究的資料完整性。
Trace Impurities 痕量雜質
對具有不同 Secondary Ion Polarity 偏好的痕量元素，可於同一次分析中完成較完整的偵測。
Single Particle / Local Defect
適合單一粒子、局部缺陷、失效區或分析後即被破壞的微小區域，不需依賴第二次重新定位。
Inhomogeneous Samples
適合化學組成不均勻、微區域差異明顯，且難以在兩次獨立分析中取得完全相同位置的樣品。
改善 Depth Profile 與 Imaging Registration
正、負離子資料來自同一次濺射與完全相同的樣品區域，不需再對齊兩組獨立量測。
若 Positive 與 Negative Secondary Ions 分成兩次分析，Primary Ion Beam、Crater Geometry、Sample Position 及分析區域可能產生微小差異，造成不同 Depth Profile 或 Chemical Image 疊合時的位置誤差。
Dual Polarity SIMS 在完全相同的時間與空間條件下同步取得兩種離子極性，因此可提升不同 Chemical Species 間的 Spatial Registration 與 Depth Registration。
對於多層薄膜、局部缺陷、三維化學成像及元素界面分析，這項特性尤其重要。
Hiden SIMS Mapper 軟體
支援 Mass Spectrum、Depth Profile、2D / 3D Imaging 與標準化 SIMS 分析工作流程。
Hiden SIMS Mapper 提供 SIMS 資料收集、分析與視覺化功能。待分析 Species 可由週期表介面選擇，並協助辨識可能的 Mass Interference。
分析期間資料以 Images 形式持續收集；進行 Depth Profiling 時，使用者可於量測完成後重新設定 Gated Area，再將不同深度的 Chemical Images 堆疊，建立三維 Concentration Profile。
- Periodic Table Species Selection
- Mass Interference Highlighting
- Positive / Negative Ion Data Handling
- Mass Spectrum Analysis
- 2D Secondary Ion Imaging
- 3D Concentration Reconstruction
- Flexible Gated Depth Profiling
- Stored Analysis Templates
- Automatic Queued Running（搭配 Automatic Stage）
- 多種 Data Export Format
何時適合選擇 Dual Polarity SIMS？
當樣品不可重複、材料高度非均質，或 Positive / Negative Ion 資料缺一不可時，雙極性架構具有明顯優勢。
如果樣品高度均質、分析面積充足，而且可以重複取得完全相同的分析位置，傳統單極性 SIMS 分兩次進行 Positive / Negative Ion Analysis 仍然可行。
但若研究對象屬於單一缺陷、單顆粒子、珍貴樣品、局部失效區、非均質薄膜、微小區域，或 Sputtering 後無法重新分析的位置，Dual Polarity SIMS 可在唯一一次分析機會中同步取得兩種 Secondary Ion Polarity。
因此其主要價值不僅是縮短分析時間，更在於提高資料完整性、Registration Accuracy、Sample Utilisation 以及單次分析所得的化學資訊量。
恩詠有限公司－Hiden Dual Polarity SIMS 技術選型與系統整合
Dual Polarity SIMS 的核心優勢，在於利用一次 Primary Ion Sputtering 同步取得 Positive / Negative Secondary Ion 資訊。實際系統配置需依樣品材料、Primary Ion Source、分析物種、Ion Yield、Depth Resolution 與 Imaging 需求進行評估。
恩詠有限公司可依客戶的樣品材質、薄膜結構、分析元素與濃度、正／負離子需求、是否屬於不可重複量測樣品、Depth Profiling、2D／3D Imaging、Dopant、Trace Impurity 及 CsM+ 分析需求，協助評估適合的 Hiden Dual Polarity SIMS Workstation 配置。