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XBS－MBE 多源分子束監測與沉積控制質譜系統
XBS－MBE 多源分子束監測與沉積控制質譜系統
Cross-Beam Molecular Beam Mass Spectrometry，原位監測多個 MBE Source 與即時 Growth Rate
Hiden XBS 是一套專為Molecular Beam Epitaxy（MBE）與 Molecular Beam Analysis設計的 Cross-Beam Quadrupole Mass Spectrometer。
系統可在沉積過程中原位監測多個 Molecular Beam Sources，提供即時 Mass Spectrometric Signal，協助研究人員掌握 Beam Flux、Source Stability 與 Thin Film Growth Condition。
XBS 特別適合要求高 Reproducibility、低 Growth Rate 與多 Source Control 的 MBE、Thin Film Deposition、Surface Science 與 Molecular Beam Research。
XBS 系統概述
從單一 Mass Spectrum 延伸至多 Source Molecular Beam 原位監測與沉積控制。
在 Molecular Beam Epitaxy 製程中，薄膜厚度、化學計量與材料品質高度依賴不同 Evaporation / Effusion Sources 的穩定度與實際 Beam Flux。
若僅依 Source Temperature、Power 或預先校正的 Deposition Rate 進行控制，可能無法即時反映 Source Depletion、Flux Drift 或製程條件改變。
Hiden XBS 利用 Quadrupole Mass Spectrometry 直接分析由不同 Source 射向 Substrate Region 的 Molecular Beam，使研究人員可直接監測實際進入 Process Region 的 Gas / Molecular Species。
系統可將 Mass Spectrometer Signal 作為即時 Process Feedback，用於 MBE Growth Monitoring、Source Characterisation 與 Deposition Control。
Cross-Beam 70° Beam Acceptance Geometry
獨特橫向 Beam Acceptance 設計，可在單一分析器上監測多個 MBE Source。
±35° Transverse Beam Acceptance
XBS RC 的 Quadrupole Axis 與待分析 Molecular Beams 採橫向配置，利用特殊 Cross-Beam Ion Source 提供總計約 70° Acceptance Cone。
換言之，系統可接受相對於 Transverse Axis 約 ±35° 範圍內來自不同方向的 Molecular Beams。
這種幾何設計特別適合 MBE Chamber，因為不同 Effusion Cells 或 Evaporation Sources 通常以不同角度排列於 Substrate 周圍。
XBS 因此能以單一 Mass Spectrometer 監測多個 Beam Sources，而不需針對每一個 Source 配置獨立分析器。
可客製化 Beam Acceptance Aperture
依每一套 MBE Chamber 的 Source Position 與 Geometry 個別配置。
不同 MBE System 的 Source Quantity、Source Angle、Working Distance 與 Chamber Geometry 都可能不同，因此 XBS 的 Beam Acceptance 並非採單一固定幾何。
Hiden 可依特定 Process Chamber 中各 Molecular Beam Source 的位置配置 Beam Acceptance Aperture。
標準設計採用約 2 mm Beam Acceptance Aperture，並製作成可替換 Plug-In Elements。
若未來 Chamber Geometry、Source Position 或 Process Configuration 改變，Aperture Element 可重新配置，而不必更換整套 Mass Spectrometer。
這種模組化設計對研究型 MBE 系統及長期可能進行硬體修改的 Thin Film Deposition Platform 特別實用。
MBE Molecular Beam Monitoring 工作原理
直接量測實際 Molecular Beam，而非只依 Source Temperature 推估沉積狀態。
Molecular Beam Generation
MBE Effusion Cell、Evaporation Source 或其他 Molecular Beam Source 產生定向分子束。
Cross-Beam Sampling
不同角度的 Molecular Beams 經 XBS Acceptance Aperture 進入 Cross-Beam Ion Source。
Real-Time Mass Analysis
Quadrupole Mass Spectrometer 即時分析 Species 與 Beam Intensity，作為 Growth Monitoring 或 Process Control Signal。
高靈敏度 Molecular Beam Detection
適合極低 Deposition Rate 與 Trace Molecular Beam Signal。
薄膜研究經常需要極低的 Deposition Rate，尤其是在 Quantum Structure、Compound Semiconductor、Nanostructure 與精密 Interface Growth 中。
XBS 採高靈敏度 Quadrupole Mass Spectrometer 與專用 Cross-Beam Ion Source，可在極低 Beam Flux 條件下進行即時監測。
低成長速率監測
Hiden 現行官方資料列出 XBS 可提供低至約 30 ions/s 的 Molecular Beam Detection Capability。
系統可提供足以監測約 1 Å/min 或更低 Growth Rate 的訊號；在特定控制條件下，原廠亦指出可用於約 0.01 Å/s 等級的 Growth Rate Control。
此能力使 XBS 適合慢速薄膜成長、微量 Source Monitoring 與精密 MBE Growth Control。
Quadrupole Mass Spectrometer 與 High-Mass Transmission
高靈敏度、長期穩定度與最高 510 amu Mass Range。
XBS 採 Hiden Quadrupole Mass Spectrometry Architecture，可依配置提供最高至 510 amu 的 Mass Range。
系統針對 High-Mass Transmission 與 Molecular Beam Research 最佳化，使較高質量 Molecular Species 仍能保持良好的傳輸效率。
Hiden 現行資料亦列出長期穩定度可達 24 小時 Peak Height Variation 小於 ±0.5%，有利於數小時甚至更長時間的 MBE Growth Experiment。
RF-Only Pre-Filter 抗污染設計
降低 MBE Molecular Beam Condensation 對主要 Quadrupole Mass Filter 的影響。
MBE 環境中的 Molecular Beam Species 可能沉積於 Mass Spectrometer 內部，長時間使用後造成 Ion Optics 或 Quadrupole Contamination。
XBS 配置 RF-Only Pre-Filter Stage，使 Main Mass Filter 與直接暴露於 Process Beam 的 Ion Source Region 之間增加保護與離子傳輸區段。
此設計有助於提高 Contamination Resistance，維持高質量傳輸、Mass Calibration 與長期分析性能。
UHV Water-Cooled Shroud
降低高溫 Source Radiation 與沉積物對 Analyzer 的熱與污染負載。
MBE Chamber 內可能配置多組高溫 Effusion Cells、Knudsen Cells 或 Evaporation Sources，因此分析器會受到 Thermal Radiation 與 Condensable Species 影響。
XBS 配置 UHV-Compatible Integral Water-Cooled Shroud，可協助控制 Analyzer 周圍熱負載，並降低部分 Molecular Beam Species 對分析器本體的直接沉積。
這對長時間 MBE Growth、High Temperature Source 與高純度薄膜研究尤其重要。
Soft Ionisation 與 Appearance Potential Mass Spectrometry
可調 Electron Energy 有助於減少 Fragmentation 與辨識複雜 Molecular Species。
在一般 Electron Impact Mass Spectrometry 中，高 Electron Energy 可能造成 Molecular Fragmentation，使複雜 Molecular Beam Species 產生多個 Fragment Peaks。
XBS 支援 Ion Source Electron Energy Control，可用於 Soft Ionisation 及 Appearance Potential Mass Spectrometry。
透過降低 Electron Energy，可減少部分 Molecular Fragmentation；同時利用不同 Species 的 Ionisation Threshold，可增加 Molecular Beam Identification 的資訊量。
XBS 主要特色
專為 MBE、Molecular Beam 與精密 Thin Film Deposition Monitoring 所設計。
- MBE Multiple Source Monitoring
- Cross-Beam Quadrupole Mass Spectrometer
- 70° Total Beam Acceptance Cone
- ±35° Transverse Beam Acceptance
- 約 2 mm Configurable Beam Aperture
- Replaceable Plug-In Aperture Elements
- Mass Range 最高至 510 amu
- Detection Capability from 100% to 5 ppb
- Molecular Beam Detection 至約 30 ions/s
- Growth Rate Monitoring 至 1 Å/min 以下
- 24 h Stability < ±0.5%
- Soft Ionisation / Appearance Potential MS
- RF-Only Pre-Filter Contamination Protection
- UHV-Compatible Water-Cooled Shroud
XBS 系統重點規格
依 Hiden Analytical 現行 XBS 公開產品資料整理。
| System Type | Cross-Beam Quadrupole Mass Spectrometer |
|---|---|
| Primary Application | MBE Multiple Source Monitoring / Molecular Beam Mass Spectrometry |
| Beam Geometry | 70° Total Acceptance Cone transverse to Quadrupole Axis |
| Beam Acceptance | 約 ±35° to Transverse Axis |
| Acceptance Aperture | 約 2 mm，可依 Process Chamber Geometry 客製配置 |
| Aperture Design | Replaceable Plug-In Elements |
| Mass Range | 最高至 510 amu |
| Detection Range | High-Sensitivity Analysis，原廠列示可延伸至約 5 ppb |
| Molecular Beam Detection | 低至約 30 ions/s |
| Growth Rate Monitoring | 1 Å/min 以下；可支援約 0.01 Å/s 等級 Growth Control |
| Long-Term Stability | 24 小時 Peak Height Variation < ±0.5% |
| Ionisation | Electron Energy Control for Soft Ionisation / Appearance Potential MS |
| Contamination Protection | RF-Only Pre-Filter Stage |
| Thermal Protection | Integral UHV-Compatible Water-Cooled Shroud |
| Software | Hiden MASsoft Professional |
| Communication | USB 2.0 / RS232 / Ethernet |
XBS 典型應用
適合需要直接量測 Molecular Beam Flux、Species 與 Source Stability 的薄膜研究。
MBE Growth Monitoring
即時監測 Molecular Beam Sources，協助確認 Beam Flux、Source Stability 與薄膜成長條件。
Compound Semiconductors
適合 III-V、II-VI 與其他 Compound Semiconductor MBE Growth 的 Source Monitoring。
Multi-Source Deposition
利用 Cross-Beam Geometry 同時監測不同方向的 Evaporation / Effusion Sources。
Low Growth Rate Research
適合需要 Å/min 等級或更低 Deposition Rate 的精密 Nanostructure 與 Interface Growth。
Molecular Beam Studies
分析定向 Molecular Beam 的 Species、Intensity、Fragmentation 與 Ionisation Behaviour。
Source Characterisation
研究 Effusion Cell、Knudsen Cell 或其他 Molecular Beam Source 的輸出穩定度與化學組成。
Thin Film Process Control
利用 Real-Time Mass Spectrometer Signal 作為 Deposition Process Monitoring 或 Feedback Signal。
Surface Science
應用於 UHV Molecular Beam、Adsorption、Desorption 與 Surface Reaction Research。
XBS 與一般 RGA 的差異
一般 RGA 量測 Chamber Background；XBS 則針對定向 Molecular Beam 進行分析。
一般 RGA
主要分析 Vacuum Chamber 中均勻分布的 Residual Gas，用於 Leak Detection、Outgassing、Contamination 與 Vacuum Monitoring。
XBS
主要分析由特定方向射出的 Molecular Beam，利用 Cross-Beam Aperture 直接監測多個 MBE Sources。
何時適合使用 XBS？
當真正需要知道的是「Source 實際射出了什麼、強度是多少、是否正在漂移」。
若研究只需要確認 MBE Chamber 的 Background Vacuum、Water、Hydrocarbon 或 Air Leak，一般 UHV RGA 已可滿足需求。
但若研究需要直接監測Effusion Cell Output、Molecular Beam Species、Beam Flux、Low Growth Rate、Source Drift 或 Multiple Source Stability，XBS 的 Cross-Beam Geometry 更符合實際量測目的。
因此 XBS 的核心定位是 MBE / Molecular Beam Process Monitor，而不是單純的 Chamber Residual Gas Analyser。
MASsoft Professional 與 Process Integration
Mass Spectrum、Trend Monitoring、Real-Time Beam Signal 與外部設備資料整合。
XBS 搭配 Hiden MASsoft Professional，可進行 Mass Spectrum Acquisition、Multiple Ion Monitoring、Trend Display 與 Data Logging。
MASsoft Professional 支援 Windows 10 / Windows 11，可透過 USB 2.0、RS232 或 Ethernet 控制儀器。
軟體亦提供 External I/O，可讀取其他 Process Equipment 的資料並與 Mass Spectrometer Signal 同步顯示，因此可將 Source Temperature、Power、Shutter Status 或其他 Deposition Parameters 與 Molecular Beam Signal 進行關聯分析。
- Mass Spectrum Acquisition
- Multiple Ion Monitoring
- Real-Time Trend Analysis
- Automatic Mass Scale Alignment
- Soft Ionisation Control
- Appearance Potential Mass Spectrometry
- External Process Data Integration
- Data Logging and Export
- USB / RS232 / Ethernet Instrument Control
恩詠有限公司－Hiden XBS MBE Molecular Beam Monitoring 系統整合
XBS 的實際配置需依 MBE Chamber Geometry、Source Quantity、Source Angle、Working Distance、Molecular Species、Expected Beam Flux、Mass Range、Growth Rate 與 Process Monitoring Strategy 進行評估。
恩詠有限公司可依客戶的MBE 系統、Effusion Cell / Knudsen Cell 配置、Source Position、Beam Angle、Deposition Material、Expected Growth Rate、Mass Range、Process Chamber Port、UHV Condition 與 Real-Time Process Integration需求，協助評估適合的 Hiden XBS 配置與安裝方式。