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二次離子質(zhì)譜法（Secondary Ion Mass Spectrometry, SIMS）是一種通過向樣品表面照射高能離子束，分析由此產(chǎn)生的二次離子，從而實(shí)現(xiàn)元素定量分析和深度剖析的技術(shù)。離子轟擊下固體表面的二次離子發(fā)射提供了有關(guān)其最上面的原子層的元素、同位素和分子組成的信息。根據(jù)化學(xué)環(huán)境和濺射條件（離子、能量、角度），二次離子產(chǎn)生率會有很大的變化。這會增加該技術(shù)的量化方面的復(fù)雜性。

工作原理

在SIMS中，高能離子束照射樣品表面，引發(fā)濺射效應(yīng)，從而產(chǎn)生二次離子。這些二次離子被質(zhì)量分析器接收并分析，以實(shí)現(xiàn)元素的定性和定量分析。

離子生成機(jī)制

中性粒子：約占99%以上的濺射粒子，不帶電荷。

二次離子：帶電的濺射粒子，是SIMS的分析目標(biāo)。

電子：由高能離子束激發(fā)，釋放到真空中的電子。

特點(diǎn)與優(yōu)勢

廣譜適用性：幾乎適用于所有元素的分析。

高靈敏度：能夠檢測到微量元素（ppb至ppt級別）。

深度剖析能力：可進(jìn)行樣品深度方向上的元素分布分析。

應(yīng)用

1. 異種材料界面位置的確定

在半導(dǎo)體材料中，例如AlGaAs/GaAs樣品，通過SIMS分析可以確定界面位置。

2. Si中的雜質(zhì)濃度評估

通過SIMS對Si晶圓進(jìn)行深度方向分析，可以評估雜質(zhì)濃度。包括Si中的B, C, O和 N元素。

3. 淺注入和超薄膜的超高分辨率深度分析

結(jié)論

二次離子質(zhì)譜法（SIMS）因其廣譜適用性、高靈敏度和深度剖析能力，在半導(dǎo)體領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。尤其在異種材料界面分析和雜質(zhì)濃度評估方面具有重要價(jià)值，能夠檢測implant的注入深度，使其成為器件研發(fā)和仿真的關(guān)鍵手段。