几种SIMS的原理

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二次离子质谱(SIMS)技术介绍(一)2024

二次离子质谱(SIMS)技术介绍（一）引言:二次离子质谱(SIMS)技术是一种可以分析物质表面组成和结构的先进技术。

它通过轰击样品表面的离子束，从而产生次级离子，然后利用质谱仪来分析并检测这些次级离子的质量和相对丰度。

本文将介绍SIMS技术的原理、仪器和应用。

正文：1. SIMS原理1.1 离子轰击过程1.1.1 离子束与样品的作用机制1.1.2 衰减效应对数据解析的影响1.1.3 电子对离子的俘获过程1.2 次级离子的产生与检测1.2.1 SIMS离子源的种类及特点1.2.2 二次离子产生的机制1.2.3 质谱仪的构成及原理2. SIMS仪器和操作2.1 SIMS仪器的主要组成2.1.1 离子源系统2.1.2 质谱分析系统2.1.3 控制与数据采集系统2.2 SIMS样品制备与操作要点2.2.1 样品的清洁与处理2.2.2 样品的固定与定位2.2.3 实验运行参数的选择与优化3. SIMS技术的应用领域3.1 材料科学与工程3.1.1 表面组成与化学状态分析 3.1.2 材料腐蚀与附着行为研究 3.1.3 材料表面改性与功能化研究 3.2 生命科学与生物医学3.2.1 细胞与组织样品的分析3.2.2 生物分子的分析与鉴定3.2.3 药物载体与药物释放研究 3.3 环境科学与地质学3.3.1 化学污染物的检测与追踪 3.3.2 地质样品的微观结构分析3.3.3 植物与土壤化学分析4. SIMS技术的优势与挑战4.1 优势4.1.1 高灵敏度与高分辨率4.1.2 可实现微区分析4.1.3 非破坏性测试4.2 挑战4.2.1 数据解析与定量分析问题4.2.2 多元素同时测量的复杂性4.2.3 低浓度元素和轻元素的分析难度5. 总结本文介绍了SIMS技术的原理、仪器和应用。

SIMS技术具有高灵敏度、高分辨率和非破坏性等优势，广泛应用于材料科学与工程、生命科学与生物医学、环境科学与地质学等领域。

然而，SIMS 技术在数据解析和多元素测量方面仍面临一些挑战。

稳定同位素质谱仪安全操作及保养规程

稳定同位素质谱仪安全操作及保养规程随着科技的不断进步，质谱技术在各个领域得到了广泛应用。

稳定同位素质谱仪（Stable Isotope Mass Spectrometer，SIMS）作为一种高精度的分析仪器，已经成为了生物、地质、化学等领域的常用工具。

为了确保使用SIMS时的安全和保证仪器的长期稳定运行，本文提供了SIMS的安全操作和保养规程。

1. SIMS基本概念SIMS是一种加速器质谱技术，通过束流轰击样品表面，使其产生二次离子，然后对这些离子进行分离、检测和计数，从而得到样品的原子组成和同位素比值。

SIMS的工作原理涉及到离子加速器、质谱分析器、高真空系统等部件。

2. SIMS的安全操作SIMS是一种高压、高电压、高功率的仪器，因此在操作中需特别注意安全。

以下是SIMS的安全操作规程：2.1. SIMS前的准备在使用SIMS前，需要进行以下准备工作：•了解SIMS的基本工作原理和结构；•取得足够的培训，掌握SIMS的操作技能；•确认SIMS的配件和工具齐全，并进行必要的准备工作；•检查SIMS的电源、气源和真空系统，确保正常工作。

2.2. SIMS的启动和关机在启动SIMS时，需按照以下步骤进行：•按照SIMS的启动流程依次开启各项功能；•根据操作手册检查SIMS各项功能的正常运行；•等待SIMS稳定运行后，才可以进行样品的检测。

关机时，应按照以下步骤进行：•关闭SIMS各项功能；•停止样品的检测；•断开SIMS的电源，毒气和真空系统。

2.3. SIMS的调试和维护在使用SIMS时，需要进行定期的调试和维护工作，以确保仪器的正常运行，避免操作中的安全事故。

主要包括：•调整SIMS的离子源和光束位置；•检查SIMS的气源、气阀和泄压阀；•清理SIMS的真空室，检查各项真空设备的运行情况；•检查SIMS的电源和控制器，保持其干燥和温度稳定。

2.4. SIMS的安全指南在使用SIMS时，需要遵循以下安全指南：•禁止未经培训的人员操作；•在操作SIMS时，穿戴适合的安全装备；•在检测、维护和操作中，随时保持警觉，避免操作失误；•发现问题和异常情况时，立即停止操作并报告负责人。

现代材料分析方法(8-SIMS)

Al+的流强随时间变化的曲线
SIMS 离子溅射与二次离子质谱
Si的正二次离子质谱
SIMS 离子溅射与二次离子质谱
聚苯乙烯的二次离子质谱
SIMS 离子溅射与二次离子质谱
在超高真空条件下，在清洁的纯Si表面通入20 L的氧气后得到的正、负离子谱，并忽略了同位素及多荷离子等成份。除了有硅、氧各自的谱峰外，还有SimOn (m,n = 1, 2, 3……)原子团离子发射。应当指出，用氧离子作为入射离子或真空中有氧的成分均可观察到 MemOn (Me为金属)
SIMS 二次离子质谱仪
定性分析Biblioteka SIMS定性分析的目的是根据所获取的二次离子
质量谱图正确地进行元素鉴定。样品在受离子照射时，
一般除一价离子外，还产生多价离子，原子团离子，
一次离子与基体生成的分子离子。带氢的离子和烃离子。这些离子有时与其它谱相互干涉而影响质谱的正确鉴定。
SIMS 二次离子质谱仪
溅射产额与元素的升华热倒数的对比
SIMS 离子溅射与二次离子质谱
溅射产额与晶格取向的关系
SIMS 离子溅射与二次离子质谱
在100~1000 eV下，用Hg+垂直入射Mo和Fe的溅射粒子的角分布
SIMS 离子溅射与二次离子质谱
= 60o时W靶的溅射粒子的角分布
SIMS 离子溅射与二次离子质谱
SIMS 离子溅射与二次离子质谱
是入射方向与
样品法向的夹角。
当 = 60o~ 70o时，溅射产额最大，但对不同的材料，增大情况不同。
相对溅射产额与离子入射角度的关系
SIMS 离子溅射与二次离子质谱
溅射产额与入射离子原子序数的关系
SIMS 离子溅射与二次离子质谱

sims仪器原理

sims仪器原理Sims仪器原理Sims仪器是一种表面分析技术，用于研究材料的组成和结构。

该仪器基于静电除水技术，通过激光和电子束对材料进行扫描，获取样品表面的化学成分和结构信息。

Sims仪器的原理基于二次离子质谱（Secondary Ion Mass Spectrometry）技术。

在分析过程中，样品表面被离子束轰击，将样品表面原子和分子击出。

这些击出的粒子被称为次级离子，它们在离子束的作用下进入质谱仪进行检测。

Sims仪器的关键部件是离子源和质谱仪。

离子源产生离子束，质谱仪则用于分离和检测离子。

离子源通常使用Cs离子源或金属离子源，这些离子源能够产生高能离子束，使样品表面原子和分子受到足够的轰击能量。

离子束轰击样品表面时，会将表面原子和分子击出。

这些次级离子具有不同的质量和荷电量，通过调整磁场和电场，可以将这些离子按质量和荷电量分离。

分离后的离子进入质谱仪的离子检测器，通过检测离子的质量和荷电量，可以获得样品表面的化学成分和结构信息。

Sims仪器的工作原理还包括静电除水技术。

由于样品表面可能存在水分子，水分子的存在会干扰离子束对样品的轰击。

为了减少这种干扰，Sims仪器通常使用静电除水技术，在样品表面形成一个低湿度的环境，从而减少水分子的影响。

Sims仪器在材料科学、表面科学和生物医学等领域有着广泛的应用。

它可以用于分析材料的成分、杂质和缺陷，研究材料的生长和退化过程。

此外，Sims仪器还可以用于研究生物分子、细胞和生物材料的组成和结构，对生物医学研究具有重要意义。

总结一下，Sims仪器是一种基于二次离子质谱技术的表面分析仪器。

它通过离子束轰击样品表面，将样品表面的原子和分子击出，并通过质谱仪进行分离和检测。

Sims仪器的工作原理还包括静电除水技术，用于减少水分子对分析的干扰。

该仪器在材料科学和生物医学等领域具有广泛的应用前景。

二次离子质谱仪(SIMS)分析技术及其在半导体产业中的应用

二次离子质谱仪（SIMS）分析技术及其在半导体产业中的应用作者：昌鹏来源：《科学导报·学术》2020年第28期摘要：二次离子质谱仪（SIMS）是一种成熟的应用广泛的表面分析技术，具有高灵敏度（ppm-ppb）和高分辨率。

本文介绍了SIMS基本原理和分类及其在半导体产业中材料分析、掺杂和杂质沾污等方面的应用。

关键词：SIMS;半导体;表面分析;材料分析1 前言SIMS作为一种成熟的表面分析技术已经发展了半个世纪，最初主要是用在半导体产业的工艺研发、模拟和失效分析等，在近二、三十年来得到迅速发展，并逐渐推广到应用于金属、多层膜、有机物等各个领域。

SIMS具有很高的微量元素检测灵敏度，达到ppm-ppb量级。

其检测范围广，可以完成所有元素的定性分析，并能检测同位素和化合物。

SIMS具有高的深度分辨率，通过逐层剥离实现各成分的纵向分析，深度分辨率最高能到一个原子层。

半导体材料通过微量掺杂改变导电性质和载流子类型，并且特征尺寸降到亚微米乃至纳米量级。

上述特点使SIMS在半导体生产中的材料分析、掺杂和杂质沾污等方面得到广泛应用。

2 SIMS基本原理SIMS是溅射和质谱仪的结合，可识别样品中的元素，因此是许多分析方案的首选测试手段。

作为半定量的手段，在SIMS质谱图中二次离子的峰值并不能直接反应样品中元素的浓度。

SIMS原理示意图如图1所示。

能量在250 eV到30 keV的离子束轰击样品表面即可产生溅射现象。

一次离子进入基体后会产生大量高强度但存在时间短促的碰撞级联，基体中的原子发生位置迁移。

接近表面的原子得到足够能量会离开样品表面，称为溅射原子。

溅射原子会以原子或分子团的形式离开表面并带上正电或负电，经过电场和磁场的筛选和偏转输入到质谱仪，由此SIMS可以得到样品表面的元素组成和分布。

图1 SIMS原理示意图3 SIMS仪器类型SIMS机台主要部分包括离子源、一次电镜、二次电镜、样品交换室、质谱仪、信号探测器等，整个腔体处于高真空状态之下。

二次离子质谱

二次离子质谱(SIMS)基本原理及其应用*********************************************摘要：二次离子质谱( Secondary-ion mass spectrometry，SIMS) 是一种固体原位微区分析技术，具有高分辨率、高精度、高灵敏等特征，广泛应用于地球化学、天体化学、半导体工业、生物等研究中。

本文主要阐明了SIMS 技术的原理、仪器类型，简要介绍了其主要应用，分析了其特点。

关键词：二次离子质谱；同位素分析；表面分析；深度剖析二次离子质谱仪(Secondary-ion mass spectrometry，SIMS)也称离子探针，是一种使用离子束轰击的方式使样品电离，进而分析样品元素同位素组成和丰度的仪器，是一种高空间分辨率、高精度、高灵敏度的分析方法。

检出限一般为ppm-ppb级，空间分辨率可达亚微米级，深度分辨率可达纳米级。

被广泛应用于化学、物理学、生物学、材料科学、电子等领域。

1.SIMS分析技术一定能量的离子打到固体表面会引起表面原子、分子或原子团的二次发射，即离子溅射。

溅射的粒子一般以中性为主，其中有一部分带有正、负电荷，这就是二次离子。

利用质量分析器接收分析二次离子就得到二次离子质谱[1,2]。

图1[2]是二次离子质谱工作原理图。

图1 二次离子质谱工作原理图离子探针实际上就是固体质谱仪，它由两部分组成：主离子源和二次离子质+、Cs+、Ga+……从离子源引出的谱分析仪。

常见的主离子源有Ar＋、Xe＋、O-、O2带电离子如Cs+、或Ga+等被加速至keV～MeV能量，被聚焦后轰击样品表面。

高能离子进入样品后，一部分入射离子被大角度反弹出射，即发生背散射，而另一部分则可以深入到多个原子层，与晶格原子发生弹性或非弹性碰撞。

这一过程中，离子所带能量部分或全部转移至样品原子，使其发生晶格移位、激发或引起化学反应。

经过一系列的级联碰撞，表面的原子或原子团就有可能吸收能量而从表面出射，这一过程称为离子溅射。

现代分析测试技术-SIMS

聚苯乙烯的二次离子质谱
质量分析器
3
离子源
二次离子质谱
4
ห้องสมุดไป่ตู้
1
2
5
检测器
二次离子深度分析
二次离子分布图像
二次离子质谱系统结构示意图
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，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；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）质量分析器；时间式（流通率高，测量高质量数离子）质量分析器；分析能力取决于分析器的穿透率及质量解析能力；分析器的穿透率及质量解析能力；离子探测器：离子流计数→高离子电流采用法拉第杯；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；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；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： Pa—保持清洁表面保持清洁表面；主真空室：10-7 Pa 保持清洁表面；辅助装置：电子中和枪—分析绝缘样品时分析绝缘样品时，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；离子发射的→中和表面的荷电效应；
二次离子质谱分析技术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技术元素深度剖面分析元素深度剖面分析微区分析软电离分析
动态SIMS 动态SIMS—深度剖面分析 SIMS—

topsims检测原理

topsims检测原理TOPSims（Theoretical Organic Photovoltaic Simulation）是一种用于有机光伏器件模拟的理论方法。

它被广泛应用于太阳能电池和光电器件的研究和开发中。

本文将探讨TOPSims检测原理的基本概念、模拟流程和应用前景。

TOPSims是一种基于有机光伏器件的电学模型，通过数值计算来模拟和预测器件的性能。

它的基本原理是将光伏器件划分为多个层次，每个层次都包含了特定的电学和光学参数。

通过对这些参数进行优化和调整，可以得到具有最佳性能的器件结构。

TOPSims的模拟流程主要包括以下几个步骤：首先，需要确定模拟的目标，例如器件的光电转换效率、开路电压、短路电流等。

然后，根据器件的结构和材料参数，建立起光伏器件的电学模型。

接下来，通过数值计算的方法，模拟器件在光照条件下的工作状态，得到各种参数的数值结果。

最后，根据模拟结果，进行参数优化和器件设计，以实现性能的提升。

TOPSims的应用前景非常广泛。

首先，它可以帮助研究人员深入理解光伏器件的工作机制和性能特点。

通过模拟和分析不同参数对器件性能的影响，可以揭示器件内部的光电转换过程，为器件的改进提供指导。

其次，TOPSims还可以用于预测器件的性能表现和稳定性。

在实际制备器件之前，通过模拟计算，可以提前评估器件的性能和寿命，减少实验成本和时间。

此外，TOPSims还可以用于设计新型的光伏器件结构和材料。

通过模拟不同结构和材料的性能，可以指导新型器件的设计和优化，推动光伏技术的进一步发展。

当然，TOPSims也存在一些局限性。

首先，它是基于理论模型的计算方法，对于复杂的光伏器件结构和材料体系可能存在误差。

其次，TOPSims只能提供定性的结果，对于定量的性能预测仍然需要进一步的实验验证。

此外，TOPSims的计算复杂度较高，需要较大的计算资源和时间。

TOPSims是一种用于有机光伏器件模拟的理论方法，通过数值计算来模拟器件的性能。

sims测试原理

sims测试原理Sims测试原理是一种常用的心理测量方法，旨在评估个人的心理特征、能力和态度。

该测试方法由英国心理学家Charles Edward Spearman 于1904年首次提出，主要用于量化人类智力的不同方面。

以下是关于Sims测试原理的详细解释。

1.测量目标：Sims测试的主要目标是测量个体在不同认知和心理能力领域上的表现。

其中包括智力、记忆、注意力、空间感知、逻辑推理等。

2.测量原理：Sims测试主要基于两个心理学原理：g智力因子和专精智力因子。

g 智力因子指的是个体在各种认知和心理能力领域上的共同因素，例如在解决问题、理解复杂信息和适应新环境等方面的能力。

而专精智力因子是指个体在特定领域的专业知识和技能，例如在数学、音乐或艺术等方面的才能。

Sims测试通过衡量这两个因子来评估个体的综合智力水平。

3.测试内容：Sims测试包括多个子测试或试题，每个试题涉及不同的认知和心理能力领域。

这些试题可能包括数字和字母序列的记忆、模式识别、数学问题、空间定向、逻辑推理、文字解读等。

通过这些试题，测试者能够获得个体在每个领域上的得分，进而评估其整体智力水平。

4.测试过程：Sims测试通常由专业心理测试师进行，并在特定的测试环境下进行。

个体会被要求回答一系列与认知和心理能力相关的问题或完成一些特定任务。

他们的回答或表现将被记录下来，以便进行后续的数据分析和评估。

5.数据分析和结果解释：通过对个体的回答和表现进行数据分析，测试者可以计算出各个认知和心理能力领域的得分，并得出个体的综合智力水平。

测试结果通常以标准分数或百分位数的形式呈现，以便与其他被测试个体进行比较。

测试结果可以帮助确定个体在不同领域的优势和劣势，并为个体提供评估和发展的建议。

总结起来，Sims测试原理是一种基于心理学原理的测量方法，旨在评估个体在不同认知和心理能力领域上的表现。

通过对个体的回答和表现进行数据分析，可以得出个体的综合智力水平，并为个体提供评估和发展的建议。

(仅供参考)二次离子质谱(SIMS)

二次离子质谱（SIMS） Secondary Ion Mass Spectroscopy
一、概述
•二次离子质谱是表征固体材料表面组分和杂质的离子束分析技术。
•利用质谱法分析由一定能量的一次离子轰击在样品靶上溅射产生的正、负二次离子。
工作原理：一定能量的离子轰击固体表面引起表面原子、
离子探针
离子探针即离子微探针质量分析器，有时也称扫描离子显微镜(SIM)。它是通过离子束在样品表面上扫描而实现离子质谱成像的。初级离子束斑直径最小可达12m，甚至更低。初级离子束的最大能量一般为20keV，初级束流密度为mA/cm2量级。
离子显微镜
离子显微镜(IM)即直接成像质量分析器 (Direct Imaging Mass Analyzer—DIMA)也就是成像质谱计 (Imaging Mass Spectrometer—IMS)，它是利用较大的离子束径打到样品表面上，从被轰击区域发射的二次离子进行质量分离和能量过滤，在保证空间关系不变的情况下，在荧光屏上以一定的质量分辨本领分别得到各种成分离子在一定能量范围内的分布图像。
（2）动态SIMS
痕量元素的体分析
为了提高分析灵敏度，采用很高的溅射率，即用大束流、较高能量(数keV—20keV)的一次束，靠快速剥蚀不断地对新鲜表面进行分析，测到的是体内的成分。
成分-深度剖析
选取二次离子质谱上的一个或几个峰，在较高的溅射速率下，连续记录其强度随时间的变化，得到近表面层的成分—深度剖图。
溅射粒子能量分布曲线
SIMS 基体效应
17种元素的二次离子产额
金属
清洁表面覆氧表面
金属
清洁表面覆氧表面

二次离子质谱仪的原理及其在半导体产业中的应用

二次离子质谱仪的原理及其在半导体产业中的应用二次离子质谱仪（Secondary Ion Mass Spectrometer，SIMS）是一种利用二次离子的质谱分析技术。

它可以用于深入分析材料的元素和化学组成，并广泛应用于半导体产业中的各个领域。

首先，让我们了解一下二次离子质谱仪的原理。

SIMS的基本原理是利用离子束轰击样品表面，使样品表面的原子或分子离子化，并产生二次离子（即从样品中溅射出的离子）。

这些二次离子被加速器加速，并经过质谱仪进行质量分析，最终得到样品的质谱图。

SIMS的工作步骤可以分为离子轰击和质谱分析两个主要步骤。

首先，离子源会产生一个离子束，这个束被聚焦后，轰击到目标样品的表面上。

当离子束与样品表面相互作用时，发生离子化反应，使得样品表面的原子或分子转化为带电的离子。

这些带电的离子通过电场加速器加速，并通过磁场进行质量分析。

质谱仪中的电子乘子放大并记录离子的质量、数量和能量信息。

通过对这些信息的分析，可以得到样品中不同元素的含量和组成。

在半导体产业中，二次离子质谱仪被广泛应用于探测和分析材料的表面和界面。

它在以下几个方面发挥着重要作用：1. 元素分析：SIMS可以准确地分析半导体材料中各种元素的含量和分布情况。

通过精确测量样品表面的二次离子，可以确定材料中的杂质、掺杂元素，以及特定区域的成分差异。

这对于半导体制造商来说非常重要，因为它们需要确保材料的纯度和组成符合要求。

2. 材料表面分析：SIMS可以提供关于表面形貌和化学成分的详细信息。

通过对二次离子轰击后的样品表面进行分析，可以了解材料表面的形貌、结构和成分。

这对于半导体制造商来说非常关键，因为材料表面的性质可以直接影响器件的性能。

3. 样品中杂质探测：通过对半导体材料进行二次离子质谱分析，可以检测和定量分析样品中的杂质元素。

这对于半导体制造商来说至关重要，因为即使微小的杂质也可能影响器件的性能和可靠性。

4. 深层探测：SIMS还可以进行深层材料分析。

sims原理

sims原理Sims原理：探索人类行为的模拟引言：Sims原理是指通过模拟人类行为和社会互动的计算机游戏《模拟人生》（The Sims）所揭示的一种原理。

该原理认为，通过对人类行为的模拟，可以更好地理解和解释人类社会的各种现象和行为模式。

本文将介绍Sims原理的背景、原理和应用，并探讨其在社会科学研究中的意义。

一、Sims原理的背景Sims原理源于计算机游戏《模拟人生》，该游戏由美国游戏设计师威尔·赖特（Will Wright）于2000年开发。

《模拟人生》是一款模拟人类生活的游戏，玩家可以扮演虚拟人物，模拟他们的生活、工作、社交等各个方面。

这款游戏的独特之处在于，它不仅仅是一款娱乐产品，更是一种模拟人类行为的工具。

二、Sims原理的原理Sims原理的核心观点是，通过模拟人类行为，可以深入理解人类社会的运作规律和行为模式。

在《模拟人生》中，每个虚拟人物都有自己的个性、需求和目标，玩家需要满足他们的需求，帮助他们实现目标。

通过观察虚拟人物的行为和互动，我们可以发现一些有关人类行为的普遍规律。

三、Sims原理的应用1. 社会科学研究Sims原理为社会科学研究提供了一个全新的角度。

通过模拟人类行为，研究者可以更加准确地预测和解释人类社会的各种现象，如城市发展、社交网络、经济行为等。

此外，Sims原理还可以帮助研究者设计实验、测试假设，提供更加客观和可靠的研究数据。

2. 城市规划与设计Sims原理的应用不仅限于学术研究，还可以应用于城市规划和设计。

通过模拟人类行为，设计师可以更好地理解城市居民的需求和行为模式，从而制定更加合理和人性化的城市规划方案。

例如，可以模拟交通流量、人口迁移、商业发展等因素，以优化城市布局和交通系统。

3. 教育与培训Sims原理在教育和培训领域也有广泛的应用。

通过模拟人类行为，学生可以更深入地理解和应用学习内容。

例如，在经济学课程中，学生可以通过模拟市场，了解供求关系和价格变动对经济的影响。

SIMS和SEM

二次离子质谱
二次离子质谱（SIMS)是一种用于分析固体材料表面组分和杂质的分析手段。通过一次离子溅射， SIMS可以对样品进行质谱分析、深度剖析或二次离子成像。SIMS具有很高的元素检测灵敏度以及在表面和纵深两个方向上的高空间分辨本领，所以其应用范围也相当广泛，涉及化学、生物学和物理学等实用领域。

二次离子质谱可应用在多种物质的分析中。 ①表面分析包括单分子层的分析。如催化、腐蚀、吸附和扩散。 ②深度剖面分析在薄膜分析、扩散和离子注入等方面是测定杂质和同位素浓度分布最有效的表面分析工具。 ③面分析通过离子成像法，可以获得元素横向分布的信息，离子成像可用于研究晶界析出物、冶金和单晶的效应、横向扩散、矿物相的特征及表面杂质的分布。
SIMS工作原理示意图
SIMS

二次离子质谱仪
二次离子质谱仪主要由五部分组成：主真空室样品架及送样系统离子枪二次离子分析器离子流计数及数据处理系统
SIMS

二次离子质谱仪
二次离子质谱仪-离子枪
离子枪一般分为双等离子体离子源、金属表面直接加热离子源和液态金属离子源。
双等离子体离子源提供O2+、O-、Ar+和Xe+。亮度高，束斑可达1-2m，可用于离子探针和成像分析。金属表面直接加热离子源提供Cs+。级联碰撞效应小，纵向分析时深度分辨率高。

扫描电子显微镜（Scanning Electron Micr oscope）简称SEM，是一种大型的分析仪器,是30年代中期发展起来的一种新型电镜，是一种多功能的电子显微分析仪器，主要功能是对固态物质的形貌显微分析和对常规成分的微区分析，广泛应用于化工、材料、医药、生物、矿产、司法等。

simsolid的计算原理解析

simsolid的计算原理解析
SimSolid是一种基于新型有限元分析技术的结构分析软件，它的计算原理主要包括以下几个方面：
1. 几何处理，SimSolid采用了一种称为“几何直接建模”的方法来处理几何模型。

这种方法通过直接对几何模型进行处理，而不需要进行网格划分，从而大大简化了预处理过程。

该方法利用了一种称为“多面体网格”的技术，能够以非常高效的方式处理复杂的几何形状。

2. 自适应分析，SimSolid采用自适应分析技术，能够在不需要进行网格划分的情况下，自动适应地对结构进行分析。

这种技术可以根据结构的几何形状和材料特性，自动调整分析的精度，从而在保证计算精度的前提下，尽可能地减少计算时间。

3. 高效求解，SimSolid采用了一种称为“快速多极子边界积分”的方法来进行求解。

这种方法能够在不需要进行矩阵分解的情况下，高效地求解大型稀疏线性方程组，从而大大提高了求解的速度和效率。

4. 非线性分析，SimSolid能够进行高效的非线性分析，包括几何非线性和材料非线性。

在进行非线性分析时，SimSolid能够自动调整分析的精度，从而在保证计算精度的前提下，尽可能地减少计算时间。

总的来说，SimSolid的计算原理主要包括几何处理、自适应分析、高效求解和非线性分析等方面。

通过这些技术的应用，SimSolid能够高效地进行结构分析，并在保证计算精度的前提下，尽可能地减少计算时间。

二次离子质谱SIMS

硅的二次离子质谱－－负谱图
Si(111)注O2表面二次离子质谱－－正谱图
Si(111)注O2表面二次离子质谱－－负谱图
2．二次离子产额 S＋或S－：一个一次离子平均打出的二次离子个数。
（1）与样品原子序数关系明显的周期性关系 S＋：电离能 ↗ S＋ ↘ S－：电子亲和势↗ S－ ↘ 各种元素离子产额差异大，可达4个数量级
SIMS—优点：
一种“软电离”技术，适于不挥发的热不稳定的有机大分子
得到样品表层真实信息
分析全部元素（同位素）
实现微区面成分分析和深度剖析
灵敏度很高，动态范围很宽
Secondary Ion Mass Spectroscopy (SIMS) ：
利用质谱法分析初级离子入射靶面后，溅射产生的二次离子而获取材料表面信息的一种方法。
secondaryionmassspectrometry简称sims一简介二离子与表面的相互作用三溅射的基本规律四二次离子发射的基本规律五二次离子质谱分析技术六二次离子分析方法七二次离子质谱的研究新方向八总结一简介sims是一种重要的材料成分分析方法在微电子光电子材料科学催化薄膜和生物领域有广泛应用
Double Focusingght) - SIMS
SIMS的发展—离子探针
又称离子微探针质量分析器（Ion Microprobe Mass Analyzer—IMMA）或扫描离子显微镜（SIM）
SIMS的发展—直接成像质量分析器
of an element α: degree of ionzation f: mass spectrometer
transmission
by Helmut W. Werner
SIMS—二次离子质谱仪：

材料学中常用的分析方法第三讲 - SIMS 有关金属材料的分析手段

The source produces Cs+ ions, as Cs atoms vaporize through a porous W plug.
SIMS Primary Ion Column
质量过滤聚焦扫描样品
Secondary Ion Extraction-Transfer
材料学中常用的分析方法第三讲 - SIMS 有关金属材料的分析手段
第三讲
二次离子质谱（或称离子探针）
（火花放电质谱）（辉光放电质谱）（激光离化质谱）（溅射中性粒子质谱……）
SIMS /（SSMS）/（GDMS）/（LIMS）/（SNMS…）
EDX(WDX)提供了微区成分分析能力
AES/XPS能够分析表面成分
SIMS原理 —— 溅射物质的组成
10
>90% 由中性原子团组成，只有离子（团）对SIMS分析才有用
nm
nm
单质Al的SIMS静态谱
注意到Al2 、Al3 、Al4 离子的出现
SIMS运作时的两个产额
某物质的溅射产额 S（其变化范围1-10）
S = 溅射出的粒子数/入射离子数 = {所有的离子+所有的中性基团} / i0
Schematic of a SIMS
SIMS装置的框图
SIMS的三种主要分析模式
（1）静态SIMS谱（表面成分谱）（2）动态SIMS谱（深度成分谱）（3）二次离子成分象
SIMS原理
—— 一次离子的溅射深度 10 nm 二次离子的逃逸深度 1 nm
nm
nm
10
———
对比AES/XPS的0.5-3nm, SIMS也是表面成分分析手段
Ion Image Detectors

sims拟合仿真

SIMS拟合仿真一、介绍SIMS（Secondary Ion Mass Spectrometry）是一种表面分析技术，通过将高能离子轰击样品表面，使其产生二次离子，并通过质谱仪对其进行分析，从而得到样品表面的元素分布和化学组成信息。

SIMS拟合仿真则是利用计算机模拟的方法，通过对样品表面的物理化学过程进行建模和仿真，来预测和解释实验结果。

二、SIMS拟合仿真的原理SIMS拟合仿真基于以下原理进行模拟：1.离子轰击：通过选择适当的离子源和能量，以及调整轰击角度和强度，模拟离子轰击样品表面的过程。

2.二次离子发射：在离子轰击下，样品表面的原子和分子会发生解离和离子化，产生二次离子。

通过模拟离子化过程和二次离子的发射行为，得到二次离子的质谱信号。

3.分析区域建模：将样品表面划分为不同的区域，根据不同区域的化学成分和形貌，设置相应的参数和模型。

4.质谱仪建模：根据质谱仪的类型和性能，设置相应的参数，并模拟二次离子的质谱信号的采集和分析过程。

5.拟合算法：通过与实验数据进行比较，调整模型参数，使模拟结果与实验结果尽可能一致。

常用的拟合算法包括最小二乘法、贝叶斯统计等。

三、SIMS拟合仿真的应用SIMS拟合仿真在以下方面具有广泛的应用：1. 表面成分分析SIMS拟合仿真可以预测和解释样品表面的元素分布和化学组成信息。

通过对样品表面的物理化学过程进行建模和仿真，可以得到各个元素的浓度分布和深度分布信息，帮助研究人员了解样品的表面组成。

2. 薄膜生长和界面分析SIMS拟合仿真可以模拟薄膜生长过程中的离子轰击和二次离子发射行为，预测薄膜的成分和结构。

同时，它还可以对薄膜和基底之间的界面进行分析，研究界面的结构和性质。

3. 深度剖析SIMS拟合仿真可以模拟离子轰击样品表面的过程，通过调整离子能量和角度，可以控制离子轰击的深度。

通过分析二次离子的质谱信号，可以得到样品的深度剖析信息，帮助研究人员了解样品的层次结构和组成。

二次离子质谱仪

二次离子质谱仪原理简介二次离子质谱仪（Secondary Ion Mass Spectrometry, SIMS）又称离子探针（Ion Microprobe），是一种利用高能离子束轰击样品产生二次离子并进行质谱测定的仪器，可以对固体或薄膜样品进行高精度的微区原位元素和同位素分析。

由于地学样品的复杂性和对精度的苛刻要求，在本领域内一般使用定量精度最高的大型磁式离子探针。

该类型的商业化仪器目前主要有法国Cameca公司生产的 IMS1270-1300系列和澳大利亚ASI公司的SHRIMP系列。

最近十年来，两家公司相继升级各自产品，在灵敏度、分辨率及分析精度等方面指标取得了较大的提升，元素检出限达到ppm-ppb级，空间分辨率最高可达亚微米级，深度分辨率可达纳米级。

目前，大型离子探针可分析元素周期表中除稀有气体外的几乎全部元素及其同位素，涉及的研究领域包括地球早期历史与古老地壳演化、造山带构造演化、岩石圈演化与地球深部动力学、天体化学与比较行星学、全球变化与环境、超大型矿床形成机制等。

因而国内各大研究机构纷纷引进大型离子探针（北京离子探针中心的SHRIMP II 和 SHRIMPIIe-MC、中科院地质与地球物理研究所的 Cameca IMS-1280、Cameca IMS-1280HR和NanoSIMS 50L、中科院广州地球化学研究所的 Cameca IMS-1280HR、中核集团核工业北京地质研究院的 IMS-1280HR），大大提高了国内微区分析的能力。

本实验室配备了Cameca公司生产的IMS1280离子探针和其升级型号 IMS1280HR。

两台仪器的基本原理及设计相同，升级型号IMS1280HR主要在磁场设计上有所改进，具有更高的质量分辨率和传输效率。

该型仪器从功能上可分为四部分，如图一所示：一次离子产生及聚焦光路（黄色部分）、二次离子产生及传输光路（蓝色部分）、双聚焦质谱仪（粉色部分）和信号接收系统（紫色部分）。