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ToF-qSIMS 飛行時間四極桿二次離子質譜表面分析系統
ToF-qSIMS－飛行時間與四極桿整合式 SIMS 表面分析系統
結合 Static TOF-SIMS 完整質譜與 Quadrupole SIMS 高動態範圍 Depth Profiling
Hiden ToF-qSIMS Workstation 將Time-of-Flight SIMS 與高性能 Quadrupole SIMS整合於同一套 UHV 表面分析平台。
系統兼具 TOF 平行質譜資料收集、Molecular Fragment Analysis、Hyperspectral Imaging，以及 Quadrupole SIMS 高 Dynamic Range 與高靈敏度 Depth Profiling 能力。
適用於 Polymer、Pharmaceutical、Semiconductor、Superconductor、Alloy、Optical / Functional Coating 與 Dielectric Materials，Trace Components 可分析至 sub-ppm 等級。
ToF-qSIMS 系統概述
將 TOF-SIMS 的完整光譜資訊與 Quadrupole SIMS 的高動態範圍深度分析整合於同一平台。
Hiden ToF-qSIMS 的核心設計，是利用兩種不同 Mass Analyser 的互補優勢，使研究人員可在同一套 UHV SIMS Workstation 完成表面化學鑑定、分子碎片分析、Chemical Imaging 與高靈敏度 Depth Profiling。
TOF Analyzer 具備 Parallel Data Collection 優勢，可在 Static SIMS 分析期間收集完整 Mass Spectrum，因此特別適合 Molecular Fragments、Organic Species、Unknown Contamination 與複雜材料表面研究。
MAXIM Quadrupole SIMS Analyzer 則著重於 High Dynamic Range、高靈敏度與優異 Depth Profiling Performance，可針對 Trace Components、Thin Films、Dopants 與 Multilayer Structures 進行深度分析。
因此 ToF-qSIMS 可同時涵蓋Static TOF-SIMS 與 High Dynamic Range Quadrupole SIMS Depth Profiling，讓同一樣品於相同 UHV Platform 中進行互補分析。
TOF + Quadrupole 雙分析器架構
從完整分子質譜到高動態範圍痕量元素深度剖析。
TOF-SIMS Analyzer
Time-of-Flight Analyzer 可平行收集廣泛 Mass Range 的 Secondary Ion Signals，在 Static SIMS 的有限 Primary Ion Dose 下取得完整 Mass Spectrum。
適合 Organic Species、Polymer Fragments、Pharmaceutical Materials、Surface Contamination、Unknown Species 與高質量 Molecular Fragment Analysis。
MAXIM Quadrupole SIMS
Hiden MAXIM Quadrupole Analyzer 提供高 Dynamic Range、高靈敏度與優異的 Depth Profiling Performance。
適合 Trace Elements、Dopants、Thin Films、Interfaces、Semiconductor Structures 與高動態範圍 Depth Profiling。
Static TOF-SIMS 與高動態範圍 Depth Profiling
同一平台分析最表面化學資訊與材料深度方向組成。
Static TOF-SIMS－表面與分子化學分析
Static SIMS 使用低 Primary Ion Dose，使每個 Primary Ion 儘可能撞擊尚未被破壞的表面區域，以保留具有材料辨識價值的 Characteristic Molecular Fragments。
TOF Analyzer 的 Parallel Detection 能力可在 Static SIMS Dose Limit 內收集完整 Mass Spectrum，因此特別適合 Polymer、Organic Species、Pharmaceutical Materials、Surface Treatment 與 Unknown Contamination Analysis。
Quadrupole SIMS－高動態範圍深度剖析
針對 Thin Film、Multilayer Structure、Dopant 與 Trace Element Analysis，MAXIM Quadrupole SIMS 可在材料持續 Sputtering 過程中進行高靈敏度 Secondary Ion Monitoring，建立 Concentration versus Depth Profile。
透過 Rastering 與 Electronic Gating，可選擇 Sputter Crater 中央區域的分析訊號，降低 Crater Edge 對 Depth Profile 的影響，提升 Depth Resolution 與 Dynamic Range。
高質量範圍與 Mass Resolution
TOF-SIMS 提供高質量 Molecular Fragment Analysis 與同位素辨識能力。
Hiden ToF-qSIMS 官方資料列示 TOF 分析能力涵蓋約 6–10,000 amu，Mass Resolution 典型可達 M/ΔM 1500 FWHM。
較高 Mass Resolution 有助於分離 Nominal Mass 相同但 Exact Mass 不同的 Species。例如原廠資料展示可分離 28Si 與 C₂H₄ 等接近質量訊號。
搭配 TOF Parallel Detection，可取得包含高質量 Molecular Fragments 與 Isotope Pattern 的完整光譜資訊，提升複雜材料表面 Species Identification 能力。
Hyperspectral Imaging 高光譜化學成像
每個 Pixel 均包含質譜資訊，使 Chemical Mapping 不受限於單一預設 Mass Channel。
ToF-qSIMS 的重要特色之一，是利用 TOF-SIMS Parallel Data Acquisition 建立 Hyperspectral Imaging Dataset。
在分析區域中，每個 Pixel 均可對應 Mass Spectral Information，因此研究人員除了能觀察特定 Species 的空間分布，也可在資料取得後重新檢視其他 Mass Signals。
- Hyperspectral Chemical Imaging
- Spatially Resolved Mass Spectrometry
- 2D Chemical Mapping
- 3D Chemical / Depth Reconstruction
- Pixel-by-Pixel Spectral Analysis
- 量測完成後可重新檢視不同 Species
- 適合 Surface Contamination、Molecular Fragments 與 Heterogeneous Materials
完整 ToF-qSIMS Workstation 配置
整合 UHV Chamber、TOF、MAXIM、Primary Ion Guns、SNMS 與 SIMS Enhancement 功能。
| System Type | Integrated Time-of-Flight + Quadrupole SIMS Workstation |
|---|---|
| Vacuum Chamber | Multi-Port Ultra-High Vacuum Analysis Chamber |
| TOF Analyzer | Hiden Time-of-Flight SIMS Analyzer |
| Quadrupole Analyzer | Hiden MAXIM Quadrupole SIMS Analyzer |
| TOF Mass Range | 約 6–10,000 amu |
| TOF Mass Resolution | 典型 M/ΔM 1500 FWHM |
| Gas Primary Ion Gun | IG20 Gas Primary Ion Gun |
| Metal Ion Source | Hiden Cs Metal Ion Gun |
| Trace Analysis | Trace Components 至 sub-ppm 等級 |
| SNMS | High-Sensitivity Sputtered Neutral Mass Spectrometry Mode |
| SIMS Enhancement | Oxygen Flood / Electron Charge Neutralisation / Vacuum Bakeout |
| Imaging | Hyperspectral Imaging / Spatially Resolved Chemical Analysis |
| Depth Profiling | High Dynamic Range Quadrupole SIMS Depth Profiling |
高靈敏度 SNMS 分析
利用 Sputtered Neutral Species 補充 SIMS Secondary Ion Analysis。
ToF-qSIMS Workstation 整合 High-Sensitivity SNMS（Sputtered Neutral Mass Spectrometry）分析能力。
在 SNMS Mode 下，Primary Ion Beam 濺射材料後產生的 Neutral Species 經 Post-Ionisation 後，再進入 Mass Analyzer 進行分析。
SNMS 可作為 SIMS 的互補分析方式，特別適合Metallurgical Thin Films、Conductive / Non-Conductive Oxides、Alloys 與 Functional Coatings等材料的成分研究。
ToF-qSIMS 主要特色
完整質譜、高質量解析、高動態範圍與 Hyperspectral Chemical Imaging。
- Static TOF-SIMS Surface Analysis
- Parallel Mass Spectral Data Collection
- 約 6–10,000 amu TOF Mass Range
- 典型 M/ΔM 1500 FWHM Mass Resolution
- High-Mass Molecular Fragment Analysis
- Trace Component Detection 至 sub-ppm 等級
- MAXIM Quadrupole Dynamic SIMS
- High Dynamic Range Depth Profiling
- Hyperspectral Chemical Imaging
- High-Sensitivity SNMS Mode
- IG20 Gas Primary Ion Gun
- Hiden Cs Metal Ion Gun
SIMS 分析強化功能
針對 Secondary Ion Sensitivity、Insulator Analysis 與潔淨 UHV 條件提供完整輔助功能。
Oxygen Flood
利用 Oxygen Flood 改善部分元素的 Positive Secondary Ion Yield，提升正離子分析靈敏度。
Electron Charge Neutralisation
針對 Dielectrics、Oxides、Polymers 等非導電材料提供 Charge Compensation，降低 Sample Charging 對分析造成的影響。
Vacuum Bakeout
Vacuum Bakeout 可降低 UHV Chamber 內部 Background Contamination，建立適合高靈敏度 Surface Analysis 的潔淨真空環境。
IG20 + Cs Ion Sources
Gas Primary Ion Gun 與 Cs Metal Ion Gun 可依材料、分析元素及 Secondary Ion Polarity 選擇適當 Primary Ion Beam。
SIMS 資料分析與自動化工作流程
從 Surface Spectrum、Hyperspectral Imaging 到 Depth Profile 與 Routine Analysis。
ToF-qSIMS 的 TOF Hyperspectral Dataset 可用於快速評估 Surface Species，並保留完整資料供後續重新分析。
此特性對 Unknown Species、Complex Molecular Fragments 與 Heterogeneous Surface 特別重要，因為研究人員不必在分析開始前就完全知道所有需要監測的 Species。
Hiden Workstation 系列亦著重 Routine 與 Unattended Analysis，可利用 Analysis Templates 建立重複性的量測流程，同時保留進階使用者所需的分析彈性。
- Full-Spectrum TOF Data Acquisition
- Hyperspectral Data Analysis
- Spatial Distribution Analysis
- Dynamic SIMS Depth Profiling
- Stored Analysis Templates
- Routine / Unattended Analysis
- Surface Species Re-Analysis
- Multi-Technique SIMS Workflow
ToF-qSIMS 典型應用
適合需要表面分子資訊、痕量元素、Chemical Imaging 與 Depth Profiling 的進階材料研究。
Polymers 聚合物
分析 Molecular Fragments、Surface Treatment、Contamination 與不同 Chemical Regions 的空間分布。
Pharmaceuticals 製藥材料
利用 Static TOF-SIMS 完整 Mass Spectrum 分析複雜 Organic Species 與材料表面化學。
Semiconductors 半導體
進行 Dopant、Trace Impurity、Interface 與 High Dynamic Range Depth Profiling。
Superconductors 超導材料
研究材料表面組成、Trace Species、Interfaces 與深度方向元素分布。
Alloys 金屬與合金
結合 SIMS 與 SNMS 研究 Trace Elements、Surface Contamination 與 Alloy Composition。
Optical & Functional Coatings
分析 Multilayer Films、Interfaces、Surface Contamination 與材料 Depth Distribution。
Dielectric Materials
搭配 Electron Charge Neutralisation，可進行 Non-Conductive Films 與 Functional Oxides 表面分析。
Failure & Contamination Analysis
利用完整 Surface Spectrum 與 Chemical Imaging 研究未知污染、Coating Failure、Corrosion 與 Manufacturing Defects。
為何選擇 ToF-qSIMS？
當研究同時需要完整表面化學資訊與高動態範圍深度剖析時，雙分析器具有明顯互補性。
Quadrupole SIMS 在 High Dynamic Range、Trace Element Analysis 與 Depth Profiling 方面具有優勢；TOF-SIMS 則適合 Parallel Spectral Collection、High-Mass Molecular Fragment Analysis 與 Hyperspectral Imaging。
ToF-qSIMS 將兩種分析器整合於同一 UHV Workstation，使同一樣品可進行未知表面成分鑑定、分子碎片分析、Chemical Imaging、痕量元素分析與材料深度方向研究。
對需要多種互補 SIMS Analysis 的研究單位，此架構可降低樣品於不同設備之間轉移所造成的時間、污染風險與 Surface Condition Change。
Hiden 表面分析質譜應用影片
Mass Spectrometers for Surface Analysis Applications
恩詠有限公司－Hiden ToF-qSIMS 表面分析系統技術服務
ToF-qSIMS 適合需要同時取得 Molecular / Elemental Surface Information、Hyperspectral Imaging 與 High Dynamic Range Depth Profile 的進階材料研究。Primary Ion Source、TOF / Quadrupole Analysis Mode、Sample Conductivity、Target Species 與 Depth Profiling 條件，都會直接影響實際分析結果。
恩詠有限公司可依客戶的樣品材質、薄膜結構、分析元素或分子、預估濃度、Mass Range、Hyperspectral Imaging、Depth Profiling、SNMS、Charge Neutralisation 及 UHV Sample Handling 需求，協助評估適合的 Hiden ToF-qSIMS 系統配置。