现代分析测试技术-SIMS
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二次离子质谱分 析技术
俄歇电子能谱（AES）—大本讲义
AES分析方法原理 AES谱仪基本构成 AES谱仪实验技术 AES谱图分析技术 SIMS基本结构及技术特点 XPS/AES/SIMS方法比较
离子溅射与二次 离子质谱
离子溅射过程：一定能量的离子打到固体表面→ 引起表面原子、分子或原子团的二次发射—溅射 离子；溅射的粒子一般以中性为主，有＜1%的 带有正、负电荷—二次离子；
质量分析器
添加标题
检测器
添加标题
二次离子深度分析
添加标题
二次离子分布图像
添加标题
二次离子质谱系统 结构示意图
添加标题
二次离子质谱
二次离子质谱仪基本部件
• 初级离子枪：热阴极电离型离子源，双等离子体离子源，液态金属场离子源；离子束的纯度、电 流密度直接影响分析结果；
• 二次离子分析器：分析质荷比→磁偏式、四极式（静态SIMS ）、飞行时间式（流通率高，测量 高质量数离子）质度剖面分析 微区分析 软电离分析
动态SIMS—深度剖面分析
分析特点：不断剥离下进行SIMS分析—获得 各种成分的深度分布信息；
深度分辨率：实测的深度剖面分布与样品中真 实浓度分布的关系—入射离子与靶的相互作用、 二次离子的平均逸出深度、入射离子的原子混 合效应、入射离子的类型，入射角，晶格效应 都对深度分辨有一定影响。
可以在超高真空条件下得到表层信息；
可检测正、负离子；
可检测化合物，并能给出原子团、分 子性离子、碎片离子等多方面信息； 对很多元素和成分具有ppm甚至ppb 量级的高灵敏度；
可检测包括H在内的全部元素； 可检测同位素； 可进行面分析和深度剖面分析；
二次离子质谱 分析技术
表面元素定性分析 表面元素定量分析
动态SIMS— 面分布分析
SIM/IMS材料表面面分 布技术：空间分辨率可 达亚微米量级
静态 SIMS—软 电离分析技 术
有机物分析:适合不 挥发、热稳定较差的
XPS/AES/SIMS技术特点比较
表面探测深度：探测时对表面的破坏性 元素检测范围： 检测灵敏度：最小可检测的灵敏度，检测灵敏度对不同元素的差别； 微区分析能力：空间分辨率； 谱峰分辨率：元素的化学态的判断；是否易于识谱； 最优势特性：化学信息；微区分析；检测灵敏度；
• 离子探测器：离子流计数→高离子电流采用法拉第杯；低离子电流采用电子倍增管； • 数据采集和处理系统：控制分析工作的进行与数据处理； • 主真空室：10-7 Pa—保持清洁表面； • 辅助装置：电子中和枪—分析绝缘样品时，表面局部带电会改变二次离子发射的→中和表面的荷
电效应；
二次离子质谱—系统基本特性
二次离子质谱：利用质量分析器接收分析二次离 子质量—电荷比值（m/Z）获得二次离子质谱， 判断试样表面的元素组成和化学状态；
溅射产额：影响二次离子产额因素→与入射离子 能量、入射角度、原子序数均有一定关系，并与 靶原子的原子序数、晶格取向有关；
聚
苯
乙
质 谱
烯 的 二
次
离
子
添加标题
离子源
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俄歇电子能谱（AES）—大本讲义
AES分析方法原理 AES谱仪基本构成 AES谱仪实验技术 AES谱图分析技术 SIMS基本结构及技术特点 XPS/AES/SIMS方法比较
离子溅射与二次 离子质谱
离子溅射过程：一定能量的离子打到固体表面→ 引起表面原子、分子或原子团的二次发射—溅射 离子；溅射的粒子一般以中性为主，有＜1%的 带有正、负电荷—二次离子；
质量分析器
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检测器
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二次离子深度分析
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二次离子分布图像
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二次离子质谱系统 结构示意图
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二次离子质谱
二次离子质谱仪基本部件
• 初级离子枪：热阴极电离型离子源，双等离子体离子源，液态金属场离子源；离子束的纯度、电 流密度直接影响分析结果；
• 二次离子分析器：分析质荷比→磁偏式、四极式（静态SIMS ）、飞行时间式（流通率高，测量 高质量数离子）质度剖面分析 微区分析 软电离分析
动态SIMS—深度剖面分析
分析特点：不断剥离下进行SIMS分析—获得 各种成分的深度分布信息；
深度分辨率：实测的深度剖面分布与样品中真 实浓度分布的关系—入射离子与靶的相互作用、 二次离子的平均逸出深度、入射离子的原子混 合效应、入射离子的类型，入射角，晶格效应 都对深度分辨有一定影响。
可以在超高真空条件下得到表层信息；
可检测正、负离子；
可检测化合物，并能给出原子团、分 子性离子、碎片离子等多方面信息； 对很多元素和成分具有ppm甚至ppb 量级的高灵敏度；
可检测包括H在内的全部元素； 可检测同位素； 可进行面分析和深度剖面分析；
二次离子质谱 分析技术
表面元素定性分析 表面元素定量分析
动态SIMS— 面分布分析
SIM/IMS材料表面面分 布技术：空间分辨率可 达亚微米量级
静态 SIMS—软 电离分析技 术
有机物分析:适合不 挥发、热稳定较差的
XPS/AES/SIMS技术特点比较
表面探测深度：探测时对表面的破坏性 元素检测范围： 检测灵敏度：最小可检测的灵敏度，检测灵敏度对不同元素的差别； 微区分析能力：空间分辨率； 谱峰分辨率：元素的化学态的判断；是否易于识谱； 最优势特性：化学信息；微区分析；检测灵敏度；
• 离子探测器：离子流计数→高离子电流采用法拉第杯；低离子电流采用电子倍增管； • 数据采集和处理系统：控制分析工作的进行与数据处理； • 主真空室：10-7 Pa—保持清洁表面； • 辅助装置：电子中和枪—分析绝缘样品时，表面局部带电会改变二次离子发射的→中和表面的荷
电效应；
二次离子质谱—系统基本特性
二次离子质谱：利用质量分析器接收分析二次离 子质量—电荷比值（m/Z）获得二次离子质谱， 判断试样表面的元素组成和化学状态；
溅射产额：影响二次离子产额因素→与入射离子 能量、入射角度、原子序数均有一定关系，并与 靶原子的原子序数、晶格取向有关；
聚
苯
乙
质 谱
烯 的 二
次
离
子
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离子源
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