離子探針分析儀基本原理

離子探針分析儀基本原理

        離子探針的原理是用能量為1-20KeV的離子束照射固體表面，激發(fā)正負離子（濺射），用質譜儀分析這些離子，并測量質荷比和離子強度。確定固體表面所含元素的類型和數(shù)量。
        加速的初級離子束照射固體表面以噴射次級離子和中性粒子。這種現(xiàn)象稱為濺射。濺射過程可以看作是單個入射離子與構成固體的原子之間的一系列獨立碰撞。右圖說明入射初級離子與固體表面的碰撞。
        部分入射離zi彈性或非彈性地與表面發(fā)生碰撞，然后改變運動方向飛向真空。這稱為離子散射（圖中I）；另一部分離子在一次碰撞中直接將能量傳遞給表面原子，表面原子被驅趕出表面，使其以高能量發(fā)射出去，稱為回彈濺射（圖Ⅲ）；然而，表面上發(fā)生的是初級離子進入固體表面并通過。一系列的級聯(lián)碰撞消耗其在晶格上的能量，最后注入到一定深度（通常是幾個原子層）。固體粒子一旦發(fā)生碰撞，一旦有足夠的能量就會離開晶格，再次與其他原子碰撞，增加離開晶格的原子數(shù)量，其中一些影響表面。當這些受影響的表面或近表面原子具有逃離固體表面所需的能量和方向時，它們會按照一定的能量分布和角度分布發(fā)射出去。通常只有2-3個原子層中的原子才能逃逸，所以二次離子的發(fā)射深度在1nm左右。可見，從發(fā)射區(qū)發(fā)射出的粒子無疑代表了固體近表面積的信息，這是進行SISM表面分析的基礎。
        固體表面一次離子輻照引起的濺射產(chǎn)物種類很多（下），二次離子僅占濺射產(chǎn)物總量的一小部分（約0.01-1%）。影響濺射良率的因素很多。一般來說，入射離子的原子序數(shù)越大，入射離子越重，濺射產(chǎn)額越高；入射離子能量越大，濺射產(chǎn)額越高，但當入射離子能量很高時，其注入晶格的深度會增加，導致深部原子無法逃逸表面，濺射產(chǎn)率反而會下降。