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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、薄膜深度剖析與高靈敏度材料表面分析
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，可進行 Dynamic SIMS、Static SIMS 與薄膜 Depth Profiling。
系統以 Hiden MAXIM Mass Spectrometer 為核心，可分析 Positive 與 Negative Secondary Ions，並支援 SNMS Secondary Neutral Analysis，適合薄膜、半導體、奈米材料、能源材料及高階表面科學研究。
SIMS Workstation 系統概述
從材料最外層區域至薄膜深度方向，取得元素、同位素、污染物與界面資訊。
Secondary Ion Mass Spectrometry（二次離子質譜，SIMS）是一種高靈敏度材料表面分析技術，可用於材料表面組成、痕量污染、同位素及 Depth Profile 研究。
分析時 Primary Ion Beam 轟擊樣品表面，使少量材料被 Sputter，其中部分粒子形成 Secondary Ions。這些 Secondary Ions 被質譜分析器收集並依 Mass-to-Charge Ratio 分析，進而取得材料表面與深度方向的化學組成資訊。
Hiden SIMS Workstation 建構於大型 Multi-Function UHV Chamber，採模組化架構，可依研究需求配置不同 Primary Ion Source、Sample Handling、Charge Neutralisation、SIMS / SNMS 與其他 Surface Analysis Components。
Dynamic SIMS 與 Static SIMS
同一套 UHV Workstation 支援表面化學分析與高靈敏度深度剖析。
Static SIMS－最表面層化學資訊
Static SIMS 採用較低 Primary Ion Dose，以盡可能降低分析過程對原始表面的破壞，主要取得材料最表面與近表面區域的化學資訊。
適合 Surface Contamination、Polymers、Organic Materials、Surface Treatment、Molecular Fragments 與薄膜最上層組成研究。
Dynamic SIMS－薄膜深度剖析
Dynamic SIMS 使用較高 Primary Ion Dose，並使 Ion Beam 在樣品表面進行 Raster Scan，持續移除材料並同步量測 Secondary Ion Signal。
透過 Secondary Ion Signal 隨 Sputtering Depth 的變化，可建立高靈敏度 Depth Profile，分析 Multilayer Film、Dopant、Interface、Diffusion 與 Contamination Depth。
SIMS / SNMS 雙模式材料分析
結合 Secondary Ion 與 Sputtered Neutral Analysis，擴大材料成分分析能力。
SIMS Workstation 可分析 Positive（+ve）與 Negative（-ve）Secondary Ions，利用不同元素與材料在濺射過程產生的 Secondary Ion Signal 進行高靈敏度分析。
系統亦可配置 Integrated Electron Impact Ionisation Cell 進行 SNMS（Sputtered Neutral Mass Spectrometry）。SNMS 分析濺射後產生的 Neutral Species，經後游離後再進行質譜分析。
SIMS 對低濃度 Impurity 與 Dopant 具有極高靈敏度，而 SNMS 的 Matrix Effect 較低，因此兩種技術可互補使用，擴展由 Trace Impurity 至較高濃度 Matrix Composition 的分析範圍。
| Analysis Modes | Static SIMS / Dynamic SIMS / SNMS |
|---|---|
| Ion Detection | Positive / Negative Secondary Ion Detection |
| SNMS | Integrated Electron Impact Ionisation for Sputtered Neutral Analysis |
| Mass Analyzer | Hiden MAXIM SIMS / SNMS Mass Spectrometer |
| Mass Range | 依系統與分析器配置選擇 |
| Sensitivity | SIMS 適合低濃度 Trace Element / Dopant Analysis，可達低 ppb 等級應用 |
SIMS Workstation 主要特色
高度模組化 UHV Surface Analysis Platform，可依研究需求建立不同分析配置。
- Hiden MAXIM SIMS / SNMS Analyzer
- MASsoft Professional Control Software
- Static SIMS / Dynamic SIMS
- Positive / Negative Secondary Ion Detection
- Integrated Ioniser for SNMS
- 高靈敏度 Trace Element Analysis
- Thin Film Depth Profiling
- Differentially Pumped Primary Ion Sources
- Ion Gun Raster Control 與 Signal Gating
- Electron Gun Charge Compensation
- Vacuum Chamber Bakeout
- Fast Sample Transfer 與 Load Lock
- 高精度 UHV Sample Manipulator
- 可依需求整合其他 Surface Analysis Techniques
Primary Ion Source 選擇
依分析元素、Secondary Ion Polarity、材料種類與 Depth Profiling 需求選擇 Primary Beam。
IG20 Gas Ion Gun
可使用 Argon / Oxygen 等 Gas Ion Beam，適合一般 SIMS Surface Analysis、Sputtering 與 Depth Profiling。
IG5C Caesium Ion Gun
Caesium Primary Ion Source 特別適合提升 Electronegative Elements 的 Negative Secondary Ion Yield。
IFG200 FAB
Fast Atom Bombardment Source 可依特定 Static SIMS 與材料表面研究需求配置。
Liquid Gallium Ion Gun
Liquid Gallium Ion Source 可應用於需要較高 Spatial Resolution 的局部材料與表面分析。
UHV Sample Handling 與分析腔體
Multi-Function UHV Chamber、快速 Sample Transfer 與精確樣品定位。
- 大型 Multi-Function Ultra-High Vacuum Chamber
- Load Lock 可降低樣品更換對 Main Chamber Vacuum 的影響
- Fast Sample Transfer Mechanism
- Sample Holder 與 Manipulator 可依研究條件配置
- UHV Manipulator 提供精確 Sample Positioning
- Vacuum Chamber Bakeout 有助於建立潔淨 UHV Environment
- Electron Gun 可用於 Insulating Sample 的 Charge Compensation
- 模組化 Chamber Ports 可依需求整合其他 Surface Analysis Components
高靈敏度 Thin Film Depth Profiling
分析薄膜、多層結構、Dopant、Diffusion 與 Interface Composition。
SIMS 的重要優勢之一，是能在 Primary Ion Beam 持續 Sputtering 的同時量測 Secondary Ion Signal，建立材料組成隨深度變化的 Depth Profile。
這使 SIMS Workstation 特別適合分析 Semiconductor Multilayer Structures、Thin Film Coatings、Magnetic Films、Metal Oxides、Photovoltaic Materials 與其他需要高靈敏度 Depth-Resolved Chemical Information 的材料。
透過適當 Primary Ion Source、Raster Area、Analysis Gate 與 Sputter Conditions，可針對不同材料最佳化 Depth Resolution 與 Detection Sensitivity。
SIMS Elemental Imaging 與 Chemical Mapping
將質譜靈敏度延伸至材料表面的元素空間分布與深度資訊。
除 Mass Spectrum 與 Depth Profile 外，SIMS Workstation 亦可依配置進行 Elemental / Chemical Imaging，研究不同元素在材料表面的 Spatial Distribution。
結合 Raster Scanning 與 Depth Profiling，可進一步研究 Multilayer Structure、Localized Contamination、Dopant Distribution、Diffusion 與複雜材料界面。
此類分析特別適合 Semiconductor、Nanotechnology、Battery / Energy Materials、Photovoltaics 與 Advanced Coating Research。
模組化 SIMS Workstation Platform
由基礎 SIMS 系統逐步擴充至完整 UHV Multi-Technique Surface Analysis Platform。
Hiden SIMS Workstation 採模組化設計，不同系統均以相同核心技術架構建立，可依研究需求與預算選擇 Primary Ion Source、Manipulator、Load Lock、SNMS、Imaging 及其他分析功能。
分析腔體保留可擴充 Ports，因此亦能依需求整合其他 Surface Analysis Technique 或客製化設備。
SIMS + SNMS + XPS 整合
Hiden 原廠 SIMS Workstation 資料亦展示 SIMS、SNMS 與 XPS 整合配置，使同一樣品可進行高靈敏度 Depth Profiling、Neutral Species Analysis 以及 X-ray Photoelectron Spectroscopy Surface Chemistry Characterisation。
這種 Multi-Technique 架構特別適合需要完整 Surface / Interface Characterisation 的材料研究。
SIMS Workstation 典型應用
適合薄膜、半導體、奈米科技、能源材料與高度客製化 UHV Surface Analysis Research。
Thin Films 薄膜與多層結構
分析薄膜組成、Multilayer Interface、Diffusion、Contamination 與 Depth Distribution。
Semiconductor 半導體
分析 Dopant、Trace Elements、Interface、Surface Contamination 與低濃度 Impurities。
Nanotechnology 奈米材料
研究奈米尺度材料中的 Element Distribution、Surface Composition 與 Chemical Mapping。
Battery & Energy Materials
分析 Electrode、Electrolyte、Interface、Lithium Distribution、Elemental Diffusion 與材料老化機制。
Metals & Ceramics
研究 Surface Contamination、Oxide Layers、Trace Elements、Diffusion 與材料界面。
Polymers & Organic Materials
使用 Static SIMS 研究最表面區域的 Chemical Composition、Contamination 與 Molecular Fragments。
Photovoltaic Materials
研究 Solar Cell 與 Functional Thin Films 的 Layer Structure、Interface、Dopant 與 Contamination。
Magnetic Thin Films
分析 Magnetic Multilayer Structures、Interfaces、Composition 與 Depth Distribution。
何時適合使用 SIMS？
當研究需要知道材料表面「有什麼元素」以及「這些元素隨深度如何分布」時。
一般 Surface Imaging Technique 可以提供材料形貌資訊，但若研究需要分析 Trace Elements、Dopants、Isotopes、Surface Contamination 或 Multilayer Depth Distribution，就需要具有高化學靈敏度的分析方法。
SIMS 結合 Sputtering 與 Mass Spectrometry，可同時取得高靈敏度 Chemical Identification 與 Depth-Resolved Information。
因此對Semiconductor、Thin Film、Photovoltaic、Battery、Nanotechnology、Coating 與 Advanced Materials研究，SIMS 是非常重要的 Surface / Interface Characterisation Technique。
Hi5－同步 Positive / Negative SIMS
針對需要同時取得正、負 Secondary Ion Information 的進階 SIMS Research。
若研究需要在同一分析流程中取得 Positive 與 Negative Secondary Ion Signals，Hiden 亦發展 Hi5 UHV SIMS 架構。
不同元素可能分別在 Positive 或 Negative SIMS Mode 下具有較佳 Sensitivity，因此 Dual-Polarity Analysis 可提供更完整的材料化學資訊。
此類架構適合複雜材料界面、能源材料、半導體及需要同時研究多種元素的 Advanced SIMS Applications。
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
Hiden SIMS Workstation 採高度模組化架構，實際系統配置需依分析目的選擇 Primary Ion Source、SIMS / SNMS Mode、Mass Analyzer、Sample Handling、Charge Compensation、Depth Profiling、Imaging 與其他 UHV Surface Analysis Options。
恩詠有限公司可依客戶的樣品材質、薄膜結構、分析元素、預估濃度、Positive / Negative Ion 需求、Depth Resolution、是否需要 SNMS、Chemical Imaging、樣品導電性及 UHV Sample Handling 條件，協助評估適合的 Hiden SIMS Workstation 系統配置。