离子探针分析仪基本原理

离子探针分析仪基本原理

        离子探针的原理是用能量为1-20KeV的离子束照射固体表面，激发正负离子（溅射），用质谱仪分析这些离子，并测量质荷比和离子强度。确定固体表面所含元素的类型和数量。
        加速的初级离子束照射固体表面以喷射次级离子和中性粒子。这种现象称为溅射。溅射过程可以看作是单个入射离子与构成固体的原子之间的一系列独立碰撞。右图说明入射初级离子与固体表面的碰撞。
        部分入射离zi弹性或非弹性地与表面发生碰撞，然后改变运动方向飞向真空。这称为离子散射（图中I）；另一部分离子在一次碰撞中直接将能量传递给表面原子，表面原子被驱赶出表面，使其以高能量发射出去，称为回弹溅射（图Ⅲ）；然而，表面上发生的是初级离子进入固体表面并通过。一系列的级联碰撞消耗其在晶格上的能量，最后注入到一定深度（通常是几个原子层）。固体粒子一旦发生碰撞，一旦有足够的能量就会离开晶格，再次与其他原子碰撞，增加离开晶格的原子数量，其中一些影响表面。当这些受影响的表面或近表面原子具有逃离固体表面所需的能量和方向时，它们会按照一定的能量分布和角度分布发射出去。通常只有2-3个原子层中的原子才能逃逸，所以二次离子的发射深度在1nm左右。可见，从发射区发射出的粒子无疑代表了固体近表面积的信息，这是进行SISM表面分析的基础。
        固体表面一次离子辐照引起的溅射产物种类很多（下），二次离子仅占溅射产物总量的一小部分（约0.01-1%）。影响溅射良率的因素很多。一般来说，入射离子的原子序数越大，入射离子越重，溅射产额越高；入射离子能量越大，溅射产额越高，但当入射离子能量很高时，其注入晶格的深度会增加，导致深部原子无法逃逸表面，溅射产率反而会下降。