离子束探针

简称离子探针。

应用离子照射样品产生二次离子的基础研究工作最初是R.H.斯隆（1938）和R.F.K.赫佐格(1949)等人进行的。1962年R.卡斯塔因和G.斯洛赞在质谱法和离子显微技术基础上研制成了直接成像式离子质量分析器。1967年H.利布尔在电子探针概念的基础上，用离子束代替电子束,以质谱仪（见质谱法）代替X射线分光计研制成扫描式离子探针质量显微分析仪。

①能够产生加速和聚焦一次离子束的离子源；②样品室和二次离子引出装置；③能把二次离子按质荷比分离的质量分析器；④二次离子检测和显示系统及计算机数据处理系统等（见图[离子探针质量显微分析仪]）。

应用元素检测能检测包括氢在内的、元素周期表上的全部元素，对不同的元素，检测灵敏度是不同的。它的灵敏度为10[sbf15]～10[sbf19]克，能检测相对含量为10～10原子浓度的痕量杂质。因此，离子探针可以作金属的高纯分析、半导体痕量杂质测量和岩石矿物痕量成分鉴定等。

表面和薄膜分析离子探针作静态分析时,离子溅射是发生在样品表面少数原子层或吸附层上(5～20埃)的，它是研究样品氧化，腐蚀、扩散和催化等表面物理化学过程，检测沉积薄膜、表面污染元素分布和晶体界面结构缺陷的理想工具。

深度分析　作动态分析时，在一次离子束剥蚀作用下，样品成分及其浓度将随剥蚀时间而变化，因而得到了样品深度－浓度分布曲线。离子探针在半导体材料中对控制杂质元素注入量和注入深度及浓度分布上起着重要作用。还以其横向分辨率为1～2微米、深度分辨率为50～100埃的本领,可提供包括轻元素在内的三维空间分析图象。

同位素分析　同位素比值测定精度为0.1%～1%，不仅应用于生物、医药、有机化学和近代核物理，而且在地球和空间科学领域里，在测定月岩、陨石和地球样品微量元素同位素组成及地质年代学研究上，都能发挥微区痕量分析的特长。

绝缘体样品分析　事先在样品表面镀一层碳膜（或金属膜），或者采用低能电子喷射样品表面；也可用负离子轰击样品的方法，以避免绝缘体样品分析测试中在其表面积累电荷以及由此产生的电位变化现象。

展望　离子探针作为一个具有分析微量元素的高灵敏度的微区分析方法正在迅速发展。但是，由于二次离子溅射机理较为复杂，定量分析仍存在许多问题。今后发展和改进的主要方向是：提高质谱分辨率，以减少和排除二次离子质谱干扰；实现多种质谱粒子探测，以获得样品和多种粒子的信息和资料；定量分析和离子溅射机理的研究；新型液态金属离子源的应用；离子探针与多种仪器（如X射线光电子能谱、紫外光电子能谱、俄歇电子能谱）联用等。

i。nmieroprobemassanal-yzer测量固体表面微区组成的一种质谱分析仪器。利用聚焦好的一次离子束作为“探针”，轰击固体表面溅射出原子及分子的二次离子，由质谱仪检测其质量电荷比，并显示离子图象。分析从氢到铀的所有元素及其同位素。

类型离子探针按成象功能和工作方式分成以下两类。①直接成象型。又称离子显微镜。由R.卡斯泰(Castaing)和G.斯洛齐安(Slodzian)于1962年首先研制成功。二次离子光学系统以保持离子在固体表面上原来的空间相对位置不变的形式传输离子信息，由“物”上各点发射的离子同时投射在荧光屏上，形成离子的分布图象。这种仪器采用较大的一次离子束，空间分辨本领与一次离子束径无关。质量分离是由二次离子滤器起作用，改变磁场强度可以改变滤过的离子种类，从而获得不同元素同位素的离子图象，成象所需时间短。代表产品有IMS一300、IMS一3f和IMS一4f。②扫描成象型。由H.利布尔(Liebl)和R.F.K.赫佐格(Herzog)协同美国地球物理公司于1963年首次研制成功。利用一次离子光学系统将一次离子束在固体表面上聚焦成很小的斑点，并由栅扫描器输出两种频率的锯齿波，加在一次离子束系统和显像管的两对正交偏转板上，同时控制一次束在固体上以及电子束在荧光屏上进行栅扫描。由于一次离子束和电子束是同步扫描的，所以在荧光屏上便显示出固体扫描区内发射离子的分布图象。代表产品有LT一IA、ARL、IMA一2和IMA一3。

分析应用离子探针已成为材料科学研究领域中的一种重要分析工具，其分析应用可以归纳为4个方面。①整体分析。指消耗较大物质体积的分析，其结果代表分析体积内组分的平均浓度。微量成分分析着重提高检测灵敏度，而微区分析则注重微区分辨本领。前者对半导体材料中硼、磷、砷杂质的检测灵敏度可达10‘“一10‘“原子/立方厘米;后者可分析2一8微米油烟粒子中20多种元素浓度，尤其是H、Li、B、C、0等超轻元素。②面分析。研究样品表面的组成或成分的横向分布，包括离子图象观察、表面分析和表面浓度分布。离子图象可以提供样品表面元素浓度分布和化合物分布的信息，表面分析是研究分析面内总的组成特征。③纵深分析。将质谱仪调到检测特定的二次离子条件下，利用一次离子束的剥蚀作用，记录二次离子强度随剥蚀时间的变化，从而得到自固体表层开始，自浅而深逐层测定元素浓度分布。④立体分析。面分析与纵深分析相结合的分析。采用两种方式:利用离子图象;逐层逐点分析。