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Custom SIMS Solutions 客製化二次離子質譜表面分析系統
Custom SIMS Solutions－客製化二次離子質譜解決方案
從既有系統增加 SIMS，到從零設計完整 Surface Analysis Instrument
Hiden Custom SIMS Solutions 利用 Hiden Quadrupole SIMS Spectrometer 的低 Extraction Field 與高度模組化架構，搭配 Hiden 的客製化工程設計能力，建立符合特定研究與設備條件的專業表面分析系統。
無論是將 SIMS 整合至既有系統，或從零開始設計完整分析儀器，都可依實際研究目的、樣品處理、分析器、Primary Ion Source、Stage、Vacuum Geometry 與原位研究需求進行規劃。
Custom SIMS Solutions 系統概述
利用 Hiden 模組化表面分析技術，針對特殊 Application 與安裝條件設計專用 SIMS 平台。
Hiden SIMS 產品採高度模組化設計，因此可以依研究目的、安裝空間及既有設備條件，選擇適合的 Mass Analyzer、Primary Ion Source、Sample Stage 與其他 Surface Analysis Components。
這種架構特別適合標準化商用儀器無法完全滿足的研究環境，例如需要雙極性 SIMS、高 Mass Resolution、FIB、樣品加熱與冷卻、原位電性連接或 Isotope Gas Experiment。
Custom SIMS Solutions 的核心並不是單一固定機型，而是依Application、Sample、Vacuum Geometry、Analysis Requirement 與 Experimental Workflow建立適合的分析系統。
從 Existing System Retrofit 到完整新系統
可從增加 SIMS 分析功能，一路延伸至完整客製化 Surface Analysis Instrument。
Existing System Upgrade
將 Hiden SIMS Analyzer 整合至既有 Vacuum Chamber 或 Surface Analysis Platform，增加 Secondary Ion Mass Spectrometry 能力。
Complete Custom Instrument
依研究目的從 Vacuum Chamber、Analyzers、Primary Ion Source、Sample Stage 到控制系統完整規劃。
FIB-SIMS Integration
整合第三方 Plasma FIB 與 Hiden SIMS Analyzer，可結合局部離子束加工與高靈敏度化學分析。
Application-Specific Design
針對 Fuel Cell、Battery、Metals、Diffusion、Thin Films 與特殊材料研究建立專用分析平台。
Hi5 Dual Polarity FIB-SIMS 客製化案例
雙 EQS、DLS-20、Plasma FIB 與五軸奈米級樣品平台整合的代表性 Custom SIMS 系統。
Simultaneous Positive / Negative FIB-SIMS
Hi5 是 Hiden Custom SIMS Solutions 的代表性系統之一，整合兩套 EQS Spectrometers，其中一套收集 Positive Secondary Ions，另一套同步收集 Negative Secondary Ions。
系統同時配置 Hiden DLS-20 High Mass Resolution Quadrupole 與第三方 Plasma FIB，可將高空間解析度離子束處理、雙極性 Secondary Ion Detection 與高 Mass Resolution Analysis 整合至同一研究平台。
整套 Hi5 系統安裝於 Vibration-Isolated Platform，搭配 Five-Axis Nanometre Precision Stage，可支援需要高定位精度與複雜原位操作的材料研究。
Hi5 代表性系統架構
依 Hiden Custom SIMS 官方現行公開配置整理。
| Positive SIMS | Hiden EQS Spectrometer－Positive Secondary Ion Collection |
|---|---|
| Negative SIMS | Hiden EQS Spectrometer－Negative Secondary Ion Collection |
| High Mass Resolution | Hiden DLS-20 High Mass Resolution Quadrupole |
| FIB | Third-Party Plasma FIB |
| Mechanical Platform | Vibration-Isolated Platform |
| Sample Stage | Five-Axis Nanometre Precision Stage |
| Electrical Connection | In-Situ Micro-Manipulator Electrical Connections |
| Temperature Control | Sample Heating / Cooling |
| Isotope Gas Module | Isotopically Pure O18 Gas Module |
| Representative Applications | Fuel Cells / Batteries / Metals / Diffusion Studies |
原位電性、溫度與同位素研究
將 SIMS 從單純材料表面分析，延伸至具有可控制外部條件的原位研究平台。
Electrical Connection
利用 In-Situ Micro-Manipulator 建立樣品電性連接，使材料可在指定 Electrical Condition 下進行研究。
Sample Heating
控制樣品升溫，可用於 Diffusion、Thermal Activation 與材料界面反應研究。
Sample Cooling
依實驗需求降低樣品溫度，研究 Temperature 對材料擴散與表面組成的影響。
O18 Isotope Module
利用 Isotopically Pure O18 Gas 搭配 SIMS 同位素靈敏度，可進行氧擴散與交換行為研究。
Diffusion Studies 材料擴散研究
利用同位素、溫度控制與 SIMS Depth Profiling 直接研究材料中的元素傳輸。
Hiden Hi5 的原位功能特別適合 Diffusion Studies。透過 Sample Heating / Cooling、Electrical Connection 與 Isotopically Pure Gas Module，可建立受控制的材料反應環境。
完成特定處理後，再利用 SIMS 分析元素或 Isotope 隨深度方向的分布，即可研究材料中的 Diffusion Path、Interface Transport 與 Reaction Behaviour。
Hiden 官方目前特別將 Fuel Cells、Batteries 與 Metals列為此類系統的代表性擴散研究應用。
Modular SIMS－單一法蘭客製整合方案
對具有合適 Vacuum Chamber 的既有設備，可利用 SIMS-on-a-Flange 架構增加完整分析能力。
Hiden Modular SIMS 是另一種 Custom Integration 方式。完整 SIMS Instrument 安裝於單一 Flange，可用於 DN150 mm 或更大的相容 Vacuum Port。
模組整合 Ion Gun、EQS Spectrometer、Electron Gun、Light / Camera Module 與 Retractable Sample Current Monitor。
因此如果既有 Vacuum Chamber 的 Geometry 與 Sample Position 合適，可以在保留原設備的前提下增加完整 SIMS Surface / Depth Analysis 能力。
Custom SIMS 主要特色
以模組化 Hiden 技術為核心，依研究需求建立專用表面分析儀器。
- Custom Instrument Design for Specific Applications
- Existing System SIMS Integration
- Complete Instrument Design from Scratch
- Dual EQS Positive / Negative SIMS Option
- DLS-20 High Mass Resolution Integration
- Third-Party Plasma FIB Integration
- Five-Axis Nanometre Precision Stage
- In-Situ Electrical Connections
- Sample Heating / Cooling
- Isotopically Pure O18 Gas Module
客製化系統工程與 Vacuum Geometry
Surface Analysis System 的性能不只取決於分析器，也取決於各元件的相對位置與樣品幾何。
客製化 SIMS 系統需要同時評估 Primary Ion Beam、Secondary Ion Extraction、Sample Stage、Working Distance、FIB Position、Vacuum Chamber Port 與其他元件的空間關係。
若幾何配置不適當，可能造成 Beam Access、Sample Travel、Analyzer Line-of-Sight 或維護空間互相干涉。
因此在客製化專案初期，Chamber Geometry、Sample Position、Working Distance、Vacuum Requirement 與所需分析技術必須先完整定義，再進一步決定各項硬體配置。
Hiden SIMS Mapper 軟體
客製化硬體仍可使用 Hiden SIMS 系列一致的資料收集、Depth Profile 與 3D Imaging 工作流程。
SIMS Mapper 提供 Hiden SIMS 系統的分析與資料視覺化介面。待分析 Species 可由 Periodic Table View 選擇，並標示可能的 Mass Interference。
資料於分析過程中以 Image 形式持續收集；進行 Depth Profiling 時，可在量測完成後重新定義 Gated Area，並將不同深度的影像堆疊重建為 3D Concentration Profile。
- 3D Imaging
- Highly Flexible Gated Depth Profiling
- Periodic Table Species Selection
- Mass Interference Highlighting
- Large Live Interactive Image Windows
- Depth Profile Display
- Stored Analysis Templates
- Automatic Queued Running with Automatic Stage
- CSV 與 Hiden Proprietary Data Export
Custom SIMS 典型應用
適合標準化 SIMS Instrument 無法完全涵蓋的特殊材料、FIB、原位與同位素研究。
Fuel Cells 燃料電池
利用 O18 Isotope Tracing、Heating / Cooling 與 SIMS 分析研究氧擴散與材料傳輸機制。
Batteries 電池材料
研究電極、界面、元素遷移、材料組成與不同操作條件造成的變化。
Metals 金屬材料
研究 Diffusion、Surface Composition、Oxidation 與元素深度分布。
FIB-SIMS
整合 Plasma FIB 與 SIMS，可將局部離子束處理與 Chemical Analysis 結合於單一平台。
Dual Polarity SIMS
使用雙 EQS 架構同步收集 Positive / Negative Secondary Ions，取得更完整的材料化學資訊。
Custom UHV Research
適用於特殊 Vacuum Geometry、Sample Stage、原位操作與新型 Surface Science Research Platform。
何時需要 Custom SIMS Solutions？
當研究流程或硬體條件超出標準 SIMS Workstation 的配置範圍時，再進行專案型客製設計。
若研究需求主要是標準 Surface Analysis、Depth Profiling、Static / Dynamic SIMS 或常規 Imaging，標準 SIMS Workstation、Compact SIMS 或 Modular SIMS 通常會是更直接的選擇。
若研究需要Dual Polarity Detection、Plasma FIB、DLS-20 High Mass Resolution、In-Situ Electrical Connection、Sample Heating / Cooling、O18 Isotope Gas Module、特殊 Sample Stage 或特殊 Vacuum Geometry，則 Custom SIMS Solutions 更適合。
因此客製化系統應先從研究目的與 Experimental Workflow 出發，再決定 Mass Analyzer、Ion Source、Sample Stage、Vacuum Chamber 與其他功能。
Hiden 表面分析質譜應用影片
Mass Spectrometers for Surface Analysis Applications
恩詠有限公司－Hiden Custom SIMS 客製化系統規劃與整合
Custom SIMS 專案與標準設備不同，前期需求定義會直接影響 Vacuum Chamber、Ion Source、Mass Analyzer、Sample Stage、Heating / Cooling、Electrical Connection、FIB 與整體 Mechanical Layout。
若需進行客製化系統評估，建議提供研究目的、樣品尺寸與材質、分析元素／同位素、Depth / Spatial Resolution、Positive / Negative Ion Requirement、Sample Heating / Cooling、原位電性、既有設備與 Chamber 圖面、可用 Port、Working Distance、FIB 配置及現場空間限制，由恩詠協助與 Hiden 評估適合的 Custom SIMS Solution。