Name: שחזור פרופיל עומק תלת ממדי של זיהומים מופרדים באמצעות ספקטרומטריית מסת יונים משנית (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-04-29T14:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 10 s
Description: למד שחזור פרופיל עומק תלת ממדי של זיהומים בחומרים מוצקים באמצעות ספקטרומטריית מסת יונים משנית. שיטה זו מאפשרת לזהות חסרונות מבניים בחומרי מוליך למחצה ולמקם זיהומים בריכוז נמוך.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

עבודה זו נתמכה חלקית על ידי המרכז הלאומי למדע (NCN) במהלך SONATA14 2018/31/D/ST5/00399 ופרויקטים OPUS10 2015/19/B/ST7/02163.

1. חריטה סלקטיבית פגומה
<ol><li>הכנת תחריט מוצק<ol><li>הכינו תערובת אאוטקטית של בסיסים חזקים של אשלגן הידרוקסידי (KOH) ונתרן הידרוקסידי (NaOH), יחד עם תחמוצת מגנזיום (MgO), על ידי המסה וערבוב של הידרוקסידים אלקליים מרכיבים ותחמוצת מתכת במים מזוקקים. שמור על כמויות סטויכיומטריות של 53.6/37.3/9.1 ב% של NaOH, KOH ו- MgO, בהתאמה13. תוספת MgO מגדילה את צמיגות החריטה כך שהיא נשארת על משטח קוטב Ga ואינה זורמת על הקצוות אל משטח N-polar13,14. כל הכימיקלים המשמשים צריכים להיות באיכות כיתה מעשית.</li>
		<li>מחממים את התערובת בבקבוק על צלחת חמה ל-200°C ומערבבים על ידי ערבוב מגנטי במשך שעה אחת (מעל נקודת ההתכה של הנקודה האוטקטית KOH-NaOH).</li>
		<li>מצננים את התערובת ל~100°C על ידי הפחתת הטמפרטורה של צלחת חמה כדי לאדות לחלוטין את הנוזל שנותר. שלב זה תלוי בגודל הבקבוק ובנפח המים, ולכן ייתכן שיידרשו מספר דקות עד שעה אחת.</li>
		<li>מעבירים את החריטה המוצקה (המסומנת כ-E+M) לבקבוק מיובש, תוך הימנעות מחשיפה ללחות. אזהרה: KOH ו-NaOH עלולים לגרום לגירוי בעור ולנזק לעיניים. עבודה עם כפפות ומשקפי מגן. ניתן להשהות את הפרוטוקול גם כאן.</li>
	</ol></li>
	<li>פגם בתחריט סלקטיבי<ol><li>הכן משטח GaN נקי לניתוח. GaN שגדל באופן אפיטקסי על ספיר משמש בשלבים הבאים:12.</li>
		<li>הניחו את דגימת GaN על צלחת חמה מחוממת ל~450 מעלות צלזיוס. הניחו את הזוג התרמי ליד הדגימה כדי לקרוא במדויק את הטמפרטורה האמיתית.</li>
		<li>מניחים חתיכה של תחריט E+M מוצק על גבי GaN ומשאירים למשך 3 דקות.</li>
		<li>קחו את הדגימה מהצלחת החמה והניחו אותה בכוס עם HCl חם למשך 3-5 דקות כדי לסלק את שאריות E+M.</li>
		<li>הסר את הדגימה מהידרוכלוריד והכנס עם מים נטולי יונים, מים ואמבטיה על-קולית למשך 5-10 דקות.</li>
		<li>יבש את הדגימה על ידי N2 נושבת. אזהרה: HCl עלול לגרום לגירוי בעור ולנזק לעיניים. עבודה עם כפפות ומשקפי מגן. הימנעו מכוויות. ניתן להשהות את הפרוטוקול גם כאן.</li>
	</ol></li>
</ol>2. תצפית במיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM)
<ol><li>סמן את הדגימה (למשל, עם שריטה בצורת L באמצעות חותך עט יהלום).</li>
	<li>הרכיבו את הדגימה על גבב מתכת ייעודי לדגם SEM שייעשה בו שימוש, באמצעות דבק מוליך (כלומר, סרט מוליך פחמן דו-צדדי או חומר דומה). יש להשתמש בכפפות במהלך הכנת הדגימה והעברתה כדי למנוע זיהום שומן מהידיים.</li>
	<li>הוסף חתיכה מהקלטת משלב 2.2 כדי לחבר את משטח הדגימה עם גבב מתכת כדי למנוע הצטברות מטען על משטח הדגימה. לחלופין, ניתן למרוח ציפוי מרופט עם חומר מוליך (~ 10 ננומטר עובי) כדי למנוע השפעות טעינה.</li>
	<li>רכוש לפחות שלושה מיקרוגרפים SEM ברזולוציה גבוהה (באופן אידיאלי, מינימום של חמישה) של תצוגה עליונה של המדגם. כל תמונה צריכה להציג שטח של 25 x 25 מיקרומטר לפחות. הימנע מצילום תמונות מאזורי פני השטח עם פגמים מקרוסקופיים בפני השטח. איור 1 מציג תוצאה טיפוסית.</li>
	<li>שימו לב למיקום המדויק של כל תמונה ביחס לסמן בצורת L. הערה: ניתן להשהות את הפרוטוקול כאן.</li>
</ol>3. מדידות ספקטרומטריית מסת יונים משנית
<ol><li>כיול כלים<ol><li>כיול ציוד SIMS באמצעות קוטביות שלילית, יונים ראשוניים Cs עם אנרגיית השפעה של 7-13 keV. יישר את הקורה המשנית והראשית. שמור על הקרן קטנה ככל האפשר (לפחות 1 מיקרומטר קוטר), כמו הרזולוציה הרוחבית נקבעת מראש על ידי גודל הקורה.</li>
		<li>הכינו חמש-שבע הגדרות לאלומות עם צפיפות זרם יונים שונה. לשם הפשטות, שמור על גודל הקרן שלם, ושנה את זרם הקרן . מדוד את זרם הקרן ואת גודל הקרן15. בשלבים הבאים נעשה שימוש בזרמי קרן של 5 nA, 10 nA, 15 nA, 20 nA, 30 nA ו- 50 nA וגודל ספוט של 1 מיקרומטר.</li>
		<li>השתמש בגודל רסטר של 50 x 50 מיקרומטר ובאזור ניתוח של 35 x 35 מיקרומטר עבור השלבים הבאים. בחר 256 x 256 פיקסלים לרזולוציה מרחבית. אם לא צוין אחרת, השתמש בזמן שילוב סטנדרטי עבור כל אות (בדרך כלל 1-2 שניות).</li>
	</ol></li>
	<li>יציבות המקור הראשוני<ol><li>בחר הגדרה עם זרם קרן בינוני (15-20 nA).</li>
		<li>קבל סדרה של תמונות באמצעות 30Si2- יון משני עבור פרוסת סיליקון ריקה. עבור כל תמונה, שלב את האות במשך 5-10 דקות.</li>
		<li>בצעו השוואות פיקסלים לפיקסלים של כל התמונות בתמונה הראשונה. אם >5% מהפיקסלים מציגים הבדל של >5% מהתמונה הראשונה, הדבר מצביע על כך שהקורה הפכה לבלתי יציבה. שימו לב לציר הזמן של יציבות הקרן.</li>
	</ol></li>
	<li>מדידה הערה: השלבים הבאים מבוצעים בטווח זמן יציב של הקרן.<ol><li>בצע את ההליך המתואר על ידי פרס ואחרים כדי להעריך את רמת הרקע של זיהום חמצן בתא המדידה7. עבור כל מדידה, אין צורך לקבל את הערכים המוחלטים של ריכוז החמצן, שכן יחס העוצמה של אותות 16 O ו- 69Ga- מספיק.</li>
		<li>השתמש בהגדרות אלומה שהוכנו בשלב 3.1.2. בצעו לפחות חמש מדידות לכל הגדרת קרן. קבל פרופיל עומק באמצעות יון 16O- משני, להגיע לעומק ~ 200 ננומטר, ולמדוד את העוצמה של 69Ga- יון משני על ידי שילוב האות עבור 10-15 שניות. אל תבצע זאת באזורים שבהם התקבלו תמונות SEM.</li>
		<li>התווה את יחס העוצמה של אותות 16 O ו - 69Ga- כפונקציה של צפיפות הזרם הראשוני ההפוך (אין צורך לחשב ערכים מוחלטים). צפויה התאמה ליניארית טובה (כאן, R2 = 0.997). הערך את תרומת הרקע של הוואקום כפי שמוצג באיור 2.</li>
		<li>בחר קרן אינטנסיבית (30 nA) עבור השלבים הבאים. השג תמונה שתשמש לתיקון שדה שטוח. השתמש יון 30Si2- משני עבור פרוסת סיליקון ריקה. שלב את האות במשך 5-10 דקות. איור 3 מציג תוצאה טיפוסית.</li>
		<li>בצע מדידות פרופיל עומק באותם אזורים שבהם הושגו תמונות SEM. באמצעות יון 16O- משני, שלב את האות עבור 3-5 שניות עבור כל נקודת נתונים. הערה: ניתן להשהות את הפרוטוקול כאן.</li>
	</ol></li>
</ol>4. טיפול בנתונים
<ol><li>בנה מחדש תמונה תלת-ממדית מפרופיל עומק.</li>
	<li>ביצוע תיקון שדה שטוח: מפיקסל לפיקסל נרמל כל תמונה של 16 O-ion באמצעות תמונת ייחוס שהתקבלה בשלב 3.3.4. איור 4A מציג נתונים גולמיים ואיור 4B מציג את התמונה לאחר תיקון השדה השטוח.</li>
	<li>הערכת תרומת רקע ואקום ממגרש שהתקבל בשלב 3.3.2. אין צורך לחשב ערכים מוחלטים; עם זאת, שים לב לאחוז הספציפי של הספירות הכוללות שניתן לייחס לתרומת רקע ואקום. ערך בין 90-95% אופייני לניסוי כזה.</li>
	<li>הפחת את תרומת הרקע של הוואקום: בטל באופן אקראי 90-95% מ-16 ספירות ה-O הרשומות. איור 4C מציג תוצאה טיפוסית עבור מישור יחיד.</li>
	<li>התווה את שאר הספירות כתמונה תלת-ממדית. איור 5 מציג תוצאה טיפוסית.</li>
	<li>שלב אותות מכל נקודות הנתונים והנח את התמונה הדו-ממדית על תמונת SEM שהושגה בעבר באמצעות כל תוכנת עורך תמונות עם תמיכה בשכבות. התייחס לתמונת SEM כרקע. שכבה הכוללת תוצאות SIMS צריכה לכלול רק ספירות ממשיות כפיקסלים צבעוניים (מחקו את האזורים הלבנים שביניהם). הוסף ~30% שקיפות לשכבה זו. איור 6 מציג תוצאה טיפוסית</li>
</ol>

<ol><li>Wittmaack, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-sensitivity+depth+profiling+of+arsenic+and+phosphorus+in+silicon+by+means+of+SIMS%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">High-sensitivity depth profiling of arsenic and phosphorus in silicon by means of SIMS.</a> Applied Physics Letters. 29, 552(1976).</li>
<li>Ber, B. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Secondary+ion+mass+spectroscopy+investigations+of+magnesium+and+carbon+doped+gallium+nitride+films+grown+by+molecular+beam+epitaxy%5BTitle%5D)+AND+%22Semiconductor+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Secondary ion mass spectroscopy investigations of magnesium and carbon doped gallium nitride films grown by molecular beam epitaxy.</a> Semiconductor Science and Technology. 13, 71-74 (1998).</li>
<li>Chiou, C. Y., Wang, C. C., Ling, Y. C., Chiang, C. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Secondary+ion+mass+spectrometry+analysis+of+In-doped+p-type+GaN+films%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Surface+Science%22%5BJournal%5D)">Secondary ion mass spectrometry analysis of In-doped p-type GaN films.</a> Applied Surface Science. 203-204, 482-485 (2003).</li>
<li>Emziane, M., Durose, K., Halliday, D. P., Bosio, A., Romeo, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+situ+oxygen+incorporation+and+related+issues+in+CdTe%2FCdS+photovoltaic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">In situ oxygen incorporation and related issues in CdTe/CdS photovoltaic devices.</a> Journal of Applied Physics. 100, 013513(2006).</li>
<li>Matsunaga, T., Yoshikawa, S., Tsukamoto, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Secondary+ion+yields+of+C%2C+Si%2C+Ge+and+Cs+surface+density+and+concentration+in+SIMS%5BTitle%5D)+AND+%22Surface+Science%22%5BJournal%5D)">Secondary ion yields of C, Si, Ge and Cs surface density and concentration in SIMS.</a> Surface Science. 515, 390-402 (2002).</li>
<li>Gnaser, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((SIMS+detection+in+the+1012+atoms+cm%E2%88%923+range%5BTitle%5D)+AND+%22Surface+and+Interface+Analysis%22%5BJournal%5D)">SIMS detection in the 1012 atoms cm−3 range.</a> Surface and Interface Analysis. 25, 737-740 (1997).</li>
<li>Peres, P., Merkulov, A., Choi, S. Y., Desse, F., Schuhmacher, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+LED+materials+using+dynamic+SIMS%5BTitle%5D)+AND+%22Surface+and+Interface+Analysis%22%5BJournal%5D)">Characterization of LED materials using dynamic SIMS.</a> Surface and Interface Analysis. 45, 437-440 (2013).</li>
<li>Arslan, I., Browning, N. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Role+of+Oxygen+at+Screw+Dislocations+in+GaN%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Role of Oxygen at Screw Dislocations in GaN.</a> Physical Review Letters. 91, 165501(2003).</li>
<li>Hawkridge, M. E., Cherns, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Oxygen+segregation+to+dislocations+in+GaN%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Oxygen segregation to dislocations in GaN.</a> Applied Physics Letters. 87, 221903(2005).</li>
<li>Arslan, I., Bleloch, A., Stach, E. A., Ogut, S., Browning, N. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Using+EELS+to+observe+composition+and+electronic+structure+variations+at+dislocation+cores+in+GaN%5BTitle%5D)+AND+%22Philosophical+Magazine%22%5BJournal%5D)">Using EELS to observe composition and electronic structure variations at dislocation cores in GaN.</a> Philosophical Magazine. 86, 4727-4746 (2006).</li>
<li>Hautakangas, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gallium+and+nitrogen+vacancies+in+GaN%3A+Impurity+decoration+effects%5BTitle%5D)+AND+%22Physica+B%3A+Condensed+Matter%22%5BJournal%5D)">Gallium and nitrogen vacancies in GaN: Impurity decoration effects.</a> Physica B: Condensed Matter. 376-377, 424-427 (2006).</li>
<li>Michałowski, P. P., Złotnik, S., Rudziński, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three+dimensional+localization+of+unintentional+oxygen+impurities+in+gallium+nitride%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Communications%22%5BJournal%5D)">Three dimensional localization of unintentional oxygen impurities in gallium nitride.</a> Chemical Communications. 55, 11539(2019).</li>
<li>Kamler, G., Weyher, J. L., Grzegory, I., Jezierska, E., Wosiński, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Defect-selective+etching+of+GaN+in+a+modified+molten+bases+system%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Crystal+Growth%22%5BJournal%5D)">Defect-selective etching of GaN in a modified molten bases system.</a> Journal of Crystal Growth. 246, 21-24 (2002).</li>
<li>Zhuang, D., Edgar, J. H., Strojek, B., Chaudhuri, J., Rek, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Defect-selective+etching+of+bulk+AlN+single+crystals+in+molten+KOH%2FNaOH+eutectic+alloy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Crystal+Growth%22%5BJournal%5D)">Defect-selective etching of bulk AlN single crystals in molten KOH/NaOH eutectic alloy.</a> Journal of Crystal Growth. 262, 89-94 (2004).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22SC-Ultra%2C+User%27s+Guide%22">SC-Ultra, User's Guide</a>. , CAMECA. Gennerviliers. (2005).</li>
<li>Weyher, J. vL., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Orthodox+etching+of+HVPE-grown+GaN%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Crystal+Growth%22%5BJournal%5D)">Orthodox etching of HVPE-grown GaN.</a> Journal of Crystal Growth. 305, 384-392 (2007).</li>
</ol>

למחברים אין מה לחשוף.

בעיות של חוסר אחידות של הגלאי ותרומת רקע ואקום קל לפתור על ידי תיקון שדה שטוח וחיסור של ספירות טפיליות, בהתאמה. הליך החיסור אינו מושלם, מכיוון שהוא עלול להחסיר תרומה שבה הצטבר חמצן. לעומת זאת, בעמדה השנייה, זה ישאיר את ספירת הרקע ללא השפעה; לכן, כמה ספירות מלאכותיות עדיין עשויות להיות נוכחות בעוד כמה ספירות אמיתיות מופחתות. עם זאת, הוא יעיל ורגיש מספיק כדי לספק תוצאות מקובלות.
חוסר יציבות הקרן הראשונית הוא הבעייתי ביותר, שכן הידרדרות פרמטרי הקרן הראשונית תטשטש את תמונת היונים המשנית; לפיכך, לא ניתן לקבל מידע אמין על המדגם. סעיף 3.2 בפרוטוקול חשוב במיוחד. לדוגמה, עבור קרן מיושרת היטב, תמונת היונים המשנית הראשונה של 30Si2 משקפת חוסר אחידות של הגלאי, אך לאחר זמן מה, התמונה תתחיל להשתנות. זה נגרם על ידי הידרדרות של פרמטרים הקרן הראשונית (כלומר, אובדן זרם ראשוני, defocusing, מיקום סחף, וכו '). לכן חשוב להעריך את טווח הזמן של יציבות הקרן. מומלץ להתחיל את הניסוי 2-3 שעות לאחר אתחול הקרן, מכיוון שהיא בדרך כלל יציבה יותר.
אם הניסוי מבוצע בטווח זמן יציב של הקרן והתוצאה עדיין אינה משביעת רצון, מומלץ לקחת בחשבון את איכות הקרן הראשונית. עבור קרן ראשונית קטנה, מאתגר יותר לאשר איכות מספקת על ידי התבוננות בתמונת יונים משנית בלבד. לכן מומלץ לבצע בדיקות חספוס במיקרוסקופ כוח אטומי בקרקעית המכתש לאחר פליטה ~1 מיקרומטר של חומר שטוח מאוד (כלומר, פרוסת סיליקון ריקה). אם ממוצע החספוס בריבוע השורש הוא מעל 1 ננומטר, נדרש אופטימיזציה נוספת של הקרן הראשית.
גודל הקרן מגביל את הרזולוציה הרוחבית של שיטה זו. SIMS יכול לצלם תכונות קטנות יותר מגודל הקרן, אך תמונת היונים המשנית תירש את הצורה והגודל של קרן היונים הראשית. אם המרחק בין שתי תכונות קטן מגודל הקרן, תמונת היונים המשנית תטשטש אותן יחד. למרות בעיות אלה, השיטה מאפשרת למשתמשים להשיג התפלגות תלת ממדית מציאותית של זיהומים / dopants בדגימות מצב מוצק. יתר על כן, כל הפרדה מרחבית של אטומים יכולה להיות מתואמת עם המיקום של פגמים וממשקים.
עבור מבנים מבוססי GaN (כלומר, מעוטרים בחמצן), נקעים הפועלים כמרכזי רקומבינציה מקומיים לא קרינתיים אחראים למוליכות מסוג n. עבור חומרים אחרים, לכל אי-הומוגניות של התפלגות האטומים המזהמים / דופנט עשויות להיות השפעות משמעותיות על ביצועי המכשיר. לפיכך, הפרוטוקול שימושי במיוחד לניתוח כשלים ואופטימיזציה של הליכי צמיחה ועיבוד.

ספקטרומטריית מסת יונים משנית (SIMS) היא טכניקה ידועה המשמשת לניטור זיהום עם מגבלות גילוי מצוינות 1,2,3,4,5,6. תרומת רקע ואקום יכולה להיות בעייתית עבור יסודות אור (למשל, מימן, פחמן, חנקן, חמצן), אשר עשויים להיות נוכחים בצורה של גזים שיוריים בתא מדידה. פרס ואחרים ביססו בעבר טכניקה להערכת תרומת רקע; לפיכך, ריכוז מציאותי של אטומים מזהמים ניתן לקבוע7.
בחומרים רבים, התפלגות האטומים המזהמים אינה אחידה. המקרה של גליום ניטריד (GaN) מעניין במיוחד, שכן הוא צפוי כי חמצן בעיקר מקשט בורג ונקעים מעורבים 8,9,10,11. בהתחשב בכך שרוב השיטות האנליטיות חסרות רגישות או רזולוציה מרחבית לאיתור אטומים מזהמים בריכוז נמוך, חיוני לפתח הליך מדידת SIMS המסוגל ללוקליזציה תלת ממדית של זיהומים מופרדים12.
בעוד ספקטרומטרים רבים של SIMS מצוידים בגלאים רגישים למיקום, שחזור תלת ממדי ישיר (3D) של פרופיל עומק אינו מספיק כדי להשיג פיזור מציאותי של אטומי חמצן בדגימת GaN. חוסר שלמות של הגלאי עלול לעוות את התמונה ולמנוע מהחוקרים להשיג התפלגות מציאותית של אטומים מזהמים. עם זאת, בעיה גדולה היא תרומת רקע ואקום, שכן בדרך כלל >90% מספירות החמצן הרשומות מקורן בגזים שיוריים הנמצאים בתא הניתוח. מוצגת כאן שיטה לזהות ולפתור כראוי כל אחד מהאתגרים הללו.
אי אחידות של הגלאי ניתן לבדוק על פרוסת סיליקון ריקה. אפילו זמן אינטגרציה ארוך יכול להוביל לתצפית של אי אחידות מסוימת של תמונת יונים משנית, בשל רגישות משתנה של כל ערוץ בגלאי לוחות מיקרו-ערוציים. לכן, תיקון שדה שטוח נדרש כדי לקבל תמונות באיכות גבוהה של הפצות 3D של אטומים מופרדים.
תרומת רקע ואקום קשורה לשטף של אטומים מזהמים מהוואקום הנספח לאזור הניתוח. בהתחשב בכך שהתהליך הוא דינמי (כלומר, משטח הדגימה מפוזר כל הזמן על ידי הקרן הראשונית), ניתן להניח כי לכל נקודה באזור המנותח יש את אותה הסתברות לספוח אטומי חמצן אלה. יתר על כן, הם כמעט מיד מפוצצים ואין להם מספיק זמן להפריד. לכן, גישה סטטיסטית היא היעילה ביותר. חיסול אקראי של 90% (או יותר) מספירות החמצן אמור לחשוף אזורים שבהם מצטבר חמצן.
יש לציין כי יציבות הקרן הראשונית חיונית לניסוי מסוג זה. לאחר זמן מה, עוצמת וההומוגניות של הקרן מתדרדרת, מה שמקטין את איכות התמונה. לכן חיוני להעריך את טווח הזמן של פעולה יציבה של הקרן ולבצע את כל הניסויים לפני שהקרן הופכת לבלתי יציבה. הפרוטוקול יכול לשמש בקלות עבור חומרים אחרים ואלמנטים מזוהים שבהם צפויה התפלגות לא אחידה. מעניין במיוחד לשלב זאת עם תחריט כימי רטוב, החושף את המיקומים וסוגי הנקע. לפיכך, המיקום של זיהומים agglomerated יכול להיות מתואם עם המיקום של פגמים.

<table><tbody><tr><td>פלטת חימום עם פלטה עליונה קרמית</td><td>IKA - Werke GmbH</td><td>3644200</td><td>לתחריט סלקטיבי של פגמים;</td></tr><tr><td>תמיסת חומצה הידרוכלורית (HCl) צהובה MAG HP 7 35-38%</td> <td>Chempur</td><td>115752837</td><td>להסרת תחריט; PA טהור; CAS: 7647-01-0</td></tr><tr><td>תחמוצת מגנזיום (MgO)</td> <td>Chempur</td><td>116140200</td><td>להכנת תחריט מוצק אוטקטי ; PA טהור; CAS: 1309-48-4</td></tr><tr><td>אשלגן הידרוקסיד (KOH)</td> <td>POCH SA</td><td>746800113</td><td>להכנת תחריט מוצק אוטקטי; p.a. טהור; CAS: 1310-58-3</td></tr><tr><td>נתרן הידרוקסיד (NaOH)</td> <td>POCH SA</td><td>810925112</td><td>להכנת תחריט מוצק אוטקטי; p.a. טהור; CAS: 1310-73-2</td></tr><tr><td>ספקטרומטר מסה יונים משני</td><td>CAMECA</td><td>IMS SC מיקרוסקופ אלקטרונים אולטרה</td><td></td></tr><tr><td>סורק</td><td>היטאצ'י</td><td>SU8230</td><td></td></tr></tbody></table>

שחזור פרופיל עומק תלת ממדי של זיהומים מופרדים באמצעות ספקטרומטריית מסת יונים משנית

3D Depth Profile Reconstruction of Segregated Impurities Using Secondary Ion Mass Spectrometry

הפרוטוקול המוצג משלב מגבלות גילוי מצוינות (1 ppm עד 1 ppb) באמצעות ספקטרומטריית מסות יונים משנית (SIMS) עם רזולוציה מרחבית סבירה (~1 מיקרומטר). יתר על כן, הוא מתאר כיצד להשיג התפלגות תלת ממדית מציאותית (3D) של זיהומים / דופנטים מופרדים בחומרי מצב מוצק. שחזור פרופיל עומק תלת-ממדי ישיר הוא לעתים קרובות קשה להשגה עקב ממצאי מדידה הקשורים ל- SIMS. מוצגת כאן שיטה לזהות ולפתור אתגר זה. שלושה נושאים עיקריים נדונים, כולל א) אי אחידות של הגלאי להיות פיצוי על ידי תיקון שדה שטוח; 2) תרומת רקע ואקום (ספירות חמצן טפיליות מגזים שיוריים הנמצאים בתא הניתוח) מוערכת ומופחתת; ו-iii) ביצוע כל השלבים בטווח זמן יציב של מקור היונים הראשי. תחריט כימי רטוב משמש כדי לחשוף את המיקום ואת סוגי הנקע בחומר, ואז תוצאת SIMS מונחת על גבי תמונות המתקבלות באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM). לפיכך, המיקום של זיהומים agglomerated יכול להיות קשור למיקום של פגמים מסוימים. השיטה מהירה ואינה דורשת שלב הכנת מדגם מתוחכם; עם זאת, הוא דורש מקור יונים איכותי ויציב, ויש לבצע את המדידה כולה במהירות כדי למנוע הידרדרות של פרמטרי הקרן העיקריים.

מבנים ברורים מאוד בצורת עמוד יש לראות בתמונה 3D. יותר חמצן צריך להיות מצטבר באזור קרוב יותר לפני השטח, שכן תהליך התחריט מציג יותר חמצן שיכול להתפזר דרך הדגימה. איור 7 מציג תמונה תלת-ממדית של נתונים גולמיים והנפשה של האופן שבו תהליך ההפחתה חושף את התוצאה הסופית. איור 4C מציג גם תוצאה טיפוסית עבור מישור יחיד.
תמונת ה-SIMS המונחת על גבי תמונת ה-SEM חושפת כי חמצן מצטבר לאורך ליבות של בורות החריטה הגדולים ביותר. ניתן לייחס אותם לנקעים מעורבים/בורגיים15. יש לציין כי אם הליבה קטנה מגודלה של קרן ראשית, התמונה המשנית תירש את גודלה וצורתה של הקרן הראשית. בניסויים תת-אופטימליים ניתן לראות התפלגות אקראית של ספירות חמצן (איור 8). איור 9 מציג מצב שבו הקרן הופכת לבלתי יציבה במהלך הניסוי. באופן ספציפי, האיכות גבוהה עבור אזור קרוב כל כך לפני השטח, אבל זה בהדרגה מתדרדר במהלך הניסוי.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61065/61065fig1.jpg"> איור 1: מיקרוגרפים SEM של בורות חריטה שנחשפו על פני השטח של GaN באמצעות חריטת E+M. פרמטרי התחריט נקבעו על 450 מעלותצלזיוס למשך 3 דקות. הכניסה מתארת מיקרוגרף מוגדל עם בורות משושים חשופים שנוצרו על ליבות נקע. שני הבורות הגדולים ביותר (&gt;500 ננומטר) מייצגים נקעים עם רכיב בורג של וקטור בורגרס. נתון זה שוחזר באישור12. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61065/61065fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61065/61065fig2.jpg"> איור 2: ריכוז O ממוצע לעומת זרם ראשוני הופכי. ניתן להעריך את תרומת הרקע של הריק מהעלילה. קווי שגיאה מייצגים את סטיית התקן של כל ערכת נתונים (חמש מדידות). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61065/61065fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61065/61065fig3.jpg"> איור 3: תמונת יון משנית טיפוסית של 30Si2 עבור פרוסת סיליקון ריקה. הבדלי עוצמה נגרמים כתוצאה מאי אחידות של הגלאי. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61065/61065fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61065/61065fig4v2.jpg"> איור 4: תצוגה מישורית טיפוסית של התפלגות ספירת חמצן שנמדדה במצב תלת-ממדי. מוצגות תמונות (A) מנתונים גולמיים, (B) לאחר תיקון שדה שטוח ו-(C) לאחר חיסור של תרומת רקע ואקום. נתון זה הותאם באישור12. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61065/61065fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61065/61065fig5.jpg"> איור 5: מבט תלת-ממדי על ספירת חמצן בקובואיד בגודל 5 μ מ' x 5 μ מ' על 1 μמ' קובואיד. לקבלת ראות טובה יותר, סולם z מוארך. ראו איור משלים 1 להנפשה. נתון זה הותאם באישור12. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61065/61065fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61065/61065fig6.jpg"> איור 6: התפלגות רוחבית של יוני חמצן משניים (פיקסלים כחולים) המוקרנת במיקרוגרף SEM. למרות ממצאים הקשורים ל- SIMS (רזולוציה רוחבית שנקבעת על ידי גודל הקרן הראשונית), נצפה מתאם ברור בין מיקומם של הבורות הגדולים ביותר לבין חמצן. נתון זה הותאם באישור12. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61065/61065fig6large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61065/61065fig7.jpg"> איור 7: אנימציה המראה כיצד מתבצע הליך ההפחתה. בתחילת ההליך, כל הספירות קיימות, ולאחר מכן עבור כל שכבה, 90% מהספירות מסולקים באופן אקראי. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61065/61065fig7.mp4" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להוריד אנימציה זו.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61065/61065fig8.jpg"> איור 8: התפלגות אקראית של ספירות חמצן בניסוי תת-אופטימלי. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61065/61065fig8large.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61065/61065fig9.jpg"> איור 9: ניסוי שבוצע עם קרן לא יציבה. האיכות יורדת עם עומק מקרטע. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61065/61065fig9large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
איור משלים 1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61065/Supplemental_Figure_1.mp4" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להוריד נתון זה.</a>

השיטה המוצגת מתארת כיצד לזהות ולפתור ממצאי מדידה הקשורים לספקטרומטריית מסות יונים משנית וכן להשיג התפלגות תלת ממדית מציאותית של זיהומים / דופנטים בחומרי מצב מוצק.

The presented protocol combines excellent detection limits (1 ppm to 1 ppb) using secondary ion mass spectrometry (SIMS) with reasonable spatial ...

פרוטוקול זה חיוני בטכנולוגיה של מוליכים למחצה להגדרת הצפיפות והכימיה של נקעים, וכתוצאה מכך לקביעת אופי הפגמים המבניים במבנים הגדלים. והשיטה מאפשרת לוקליזציה תלת מימדית של זיהומים בריכוז נמוך בחומרים במצב מוצק, מה שמאפשר לקשר את מיקומם לפגמים מבניים מסוימים. לפני שתנסה את הטכניקה, הכירו את המכשיר, בצעו בדיקות יציבות אלומה מרובות וקבעו אילו נסיבות מאריכות את תקופת היציבות.נסה לעבוד עם זרם נמוך מהרגיל. תדגים את ההליך איוונה ג'וזוויק, מומחית SEM מובילה מהמעבדה שלי. התחל בהכנת תערובת אוטקטית של אשלגן הידרוקסיד, נתרן הידרוקסיד ותחמוצת מגנזיום.ממיסים ומערבבים את ההידרוקסידים האלקליים ותחמוצת המתכת המרכיבים במים מזוקקים ומחממים את התערובת בבקבוק על פלטה חמה ל -200 מעלות צלזיוס למשך שעה בעזרת מערבל מגנטי. מצננים את התערובת לכ-100 מעלות צלזיוס על ידי הפחתת טמפרטורת הפלטה החמה עד שהנוזל הנותר מתאדה לחלוטין. לאחר מכן העבירו את התחריט המוצק לבקבוק מיובש תוך הימנעות מחשיפה ללחות.לתחריט סלקטיבי לפגמים, הנח דגימת גליום ניטריד על פלטה חמה של 450 מעלות צלזיוס יחד עם צמד תרמי כדי לקרוא במדויק את הטמפרטורה האמיתית. לאחר מכן הניחו חתיכת תחריט מוצק על גבי הגליום ניטריד ושמרו אותה שם למשך שלוש דקות. הסר את הדגימה מהפלטה החמה והניח אותה בכוס עם מימן כלורי חם למשך שלוש עד חמש דקות כדי לחסל את כל התחריט המוצק שנותר.העבירו את הדגימה לכוס עם מים נטולי יונים, וחשפו אותה לאמבטיה אולטרסאונד למשך 5 עד 10 דקות, ולאחר מכן יבשו אותה בניפוח חנקן. השתמש בחותך עט יהלום כדי לסמן את הדגימה בשריטה בצורת L ולהרכיב אותה על בדל מתכת עם דבק מוליך, הקפד להשתמש בכפפות כדי למנוע זיהום שומן מהידיים. הוסף חתיכה מהסרט המוליך כדי לחבר את משטח הדגימה עם בדל המתכת כדי למנוע הצטברות מטען על פני הדגימה.רכוש לפחות שלושה מיקרוגרפי SEM ברזולוציה גבוהה של מבט עליון של הדגימה כאשר כל תמונה מציגה שטח של לפחות 25 על 25 מיקרומטר. הימנע מצילום תמונות מאזורי פני השטח עם פגמים מקרוסקופיים בשטח. כייל את ציוד ה-SIMS באמצעות קוטביות שלילית, יונים ראשוניים של צזיום עם אנרגיית השפעה של 7 עד 13 קילו אלקטרון וולט, ויישר את האלומות המשניות והראשוניות.שמור על הקורה קטנה ככל האפשר. הכן חמש עד שבע הגדרות עבור קורות בעלות צפיפות זרם יונים שונה. לשם הפשטות, שמור על גודל הקורה שלם ושנה את זרם האלומה.מדוד את זרם האלומה וגודל האלומה. השתמש בגודל רסטר של 50 על 50 מיקרומטר ובאזור ניתוח של 35 על 35 מיקרומטר. בחר 256 על 256 פיקסלים לרזולוציה מרחבית.אם לא צוין אחרת, השתמש בזמן אינטגרציה סטנדרטי עבור כל אות, בדרך כלל שנייה עד שתיים. בחר הגדרה עם זרם אלומה בינוני וקבל סדרת תמונות באמצעות יון משני של 30 סיליקון (2) אניון עבור פרוסת סיליקון ריקה. עבור כל תמונה, שלב את האות למשך 5 עד 10 דקות.אם המערכת אינה מאפשרת זמני שילוב ארוכים יותר, בחר 60 שניות. לאחר השגת 200 תמונות, קבץ חמש תמונות לתמונה אחת כדי להמשיך לנתח ולהפעיל את המדידות. בצע השוואות פיקסל לפיקסל של כל התמונות בתמונה הראשונה.אם גדול מ-5% מהפיקסלים מציג הבדל גדול מ-5% מהתמונה הראשונה, זה מצביע על כך שהאלומה הפכה לא יציבה. שימו לב לטווח הזמן של יציבות האלומה. בצע מדידות בטווח זמן יציב של האלומה.באמצעות אותן הגדרות אלומה, בצע לפחות חמש מדידות עבור כל הגדרת אלומה. השג פרופיל עומק באמצעות יון משני של אניון 16 חמצן, להגיע לעומק של 200 ננומטר ולמדוד את העוצמה של יון משני של 69 ליטר אניון על ידי שילוב האות למשך 10 עד 15 שניות. אל תבצע זאת באזורים שבהם הושגו תמונות SEM.שרטט את יחס העוצמה של 16 אותות אניון חמצן ו-69 אניון גליום כפונקציה של צפיפות הזרם הראשוני ההפוכה, והעריך את תרומת הרקע של הוואקום. לאחר מכן בחר קרן אינטנסיבית וקבל תמונה שתשמש לתיקון שדה שטוח. השתמש ביון משני של 30 סיליקון(2) אניון עבור פרוסת סיליקון ריקה.שלב את האות למשך 5 עד 10 דקות. בצע מדידות פרופיל עומק באותם אזורים שבהם התקבלו תמונות SEM. באמצעות יון משני של אניון חמצן 16, שלב את האות למשך שלוש עד חמש שניות עבור כל נקודת נתונים.ניתן להשתמש בפרוטוקול זה כדי להשיג התפלגויות תלת מימד מציאותיות של זיהומים או סמים בחומרים במצב מוצק. עם ביצוע הליך ההפחתה, 90% מהספירות נמחקות באופן אקראי מכל שכבה. מבנים ברורים מאוד בצורת עמוד נצפים בתמונה התלת מימדית הסופית.תוצאה אופיינית למישור בודד מוצגת כאן. אם הליבה קטנה מגודל הקורה הראשית, התמונה המשנית תירש את הגודל והצורה של הקורה הראשית. בניסויים לא אופטימליים ניתן לראות התפלגות אקראית של ספירת חמצן.במצבים מסוימים, הקרן הופכת לא יציבה במהלך הניסוי. באופן ספציפי, האיכות גבוהה עבור אזור קרוב לפני השטח, אך מתדרדרת בהדרגה במהלך הניסוי. נדרשת קרן יציבה לביצוע ניסוי זה.האלומה היא בדרך כלל היציבה ביותר לאחר הפעלתה, כך שהפעלת הניסוי במשך כשעתיים עד שלוש לאחר הפעלת הקרן היא האפשרות הטובה ביותר. לפעמים עדיף לעבוד מהר יותר, גם אם רזולוציית העומק מחמירה. טכניקה זו מאפשרת לזהות ולמקם במדויק זיהומים בריכוז נמוך.זה פותח אפשרויות לחקור את הכימיה של פגמים מבניים שונים.

3d-depth-profile-reconstruction-segregated-impurities-using-secondary

Research

JoVE Journal

Chemistry

כימיה

Desorption electrospray יינון ספקטרומטריית מסה (דסי-MS) היא שיטה שבאמצעותו דגימות סביבה, כולל רקמות ביולוגיות, יכולות להיות צילמו עם הכנת מדגם מינימאלית. על ידי rastering המדגם מתחת לחללית היינון, טכניקה מבוססת ספריי זה מספקת רזולוציה מרחבית מספיק כדי להבחין במאפיינים מולקולריים של עניין בתוך סעיפי רקמות.

הדמיה של רקמות ביולוגיות על ידי Desorption electrospray יינון המוני ספקטרומטריית

עבודה זו מציג פרוטוקול טיפול נוזל וההכנסה מדגם על microchannel עבור באתרו זמן של טיסת ניתוח ספקטרומטריית משני יון המוני של ביומולקולות חלבון בתמיסה מימית.

באפיון באתרו של חלבונים מימה במים על ידי Salvi ו TOF-SIMS

פרוטוקול להפחתת heterogeneities המרחבי של אותות יון ספקטרומטריית MALDI ההמונית על ידי ויסות טמפרטורת מצע במהלך תהליכי ייבוש מדגם מודגם.

הכנת דוגמאות MALDI אחידה עבור יישומים כמותי

פרוטוקול עבור פרופיל מטבולים של דגימות ביולוגיות על ידי ספקטרומטריית אלקטרופורזה-מסת נימים באמצעות עיצוב ממשק טיפ נקבובי sheathless מוצג.

Sheathless נימי אלקטרופורזה-ספקטרומטריית מסה עבור מטבולית Profiling של דגימות ביולוגיות

מאמר זה מציג שיטה לגידול ממבנה biofilm עבור בחיי עיר יון משני זמן-של-טיסה ספקטרומטר מסה למיפוי כימי במצב רטוב, מופעל על ידי כור microfluidic, מערכת לניתוח-הממשק ואקום נוזלי. מר Shewanella oneidensis -1 עם פלורסצנטיות ירוק חלבון שימשה כמודל.

בחיי עיר אפיון Biofilms MR1 Shewanella oneidensis על ידי SALVI וסימס תוף

כאן נתאר שיטת תפוקה גבוהה למעקב סמים מקיף המאפשר רזולוציית משופרת וזיהוי של לוחות גדולים של סמים של התעללות מטבוליטים שלהם, עם בקרת איכות המבוססת על הזרקת multisegment-נים אלקטרופורזה-ספקטרומטריית.

מעקב סמים תפוקה גבוהה ומקיף באמצעות ספקטרומטר מסה אלקטרופורזה הזרקה-נימי Multisegment

מחלת המסה של הזמן של הטיסה והספקטרומטר משני מיושם על מנת להדגים את המיפוי הכימי ואת מורפולוגיה הקורוזיה בממשק צבע המתכת של סגסוגת אלומיניום לאחר חשיפת תמיסת מלח בהשוואה לדגימה החשופה לאוויר.

הדמיה קורוזיה בממשק צבע מתכת באמצעות המסה של זמן טיסה משני המוני ספקטרומטריה

ניתוח המבנה, הקומפוזיציה והריווח של הלופיליות יכולים לספק מידע חיוני כדי להבין תהליכים גיאולוגיים הקשורים לוולקאיזם והתמרה. אנו מציגים יישום הרומן של APT לאפיון של לאמפיליות כאלה ולהשוות גישה זו לשימוש קונבנציונאלי של אלקטרון מיקרוסקופ ו ננוטומוגרפיה מבוססת פרפור.

האטום בדיקה טומוגרפיה ניתוח של מינרלים Exsolved שלבים

כאן אנו מציגים פרוטוקול לאפיון קורונה ביומולקולרית מלאה, חלבונים ומטבוליטים, שנרכשו על ידי ננו-חומרים מביופלואידים באמצעות אלקטרופורזה נימית – גישת ספקטרומטריית מסה.

ספקטרומטריית מסה אלקטרופורזיס נימית גישות לאפיון החלבון וקורונה מטבולית שנרכשו על ידי ננו-חומרים

ספקטרומטריית ניידות יונים (IMS) היא השלמה מעניינת לספקטרומטריית מסה לאפיון ביומולקולות, בעיקר משום שהיא רגישה לאיזומריזם. פרוטוקול זה מתאר ניסוי IMS (IMS/IMS) דו-מושבי, המאפשר בידוד של מולקולה ויצירת פרופילי הניידות של שבריה.

שימוש בספקטרומטר ניידות יונים מחזורי לניסויי ניידות יון דו-מושבית

פרוטוקול זה מתאר הדמיית ספקטרומטריית מסה חד-תאית של תאי OVCAR-8 באמצעות יינון אלקטרוספריי דספורפציה המחובר לספקטרומטרי מסה Orbitrap לניתוח מטבולומי ברזולוציה מרחבית גבוהה.

הדמיית ספקטרומטריית מסה חד-תאית באמצעות יינון אלקטרוספריי בדסורפציה המשולבת לספקטרומטרי מסה של Orbitrap

למד שחזור פרופיל עומק תלת ממדי של זיהומים בחומרים מוצקים באמצעות ספקטרומטריית מסת יונים משנית. שיטה זו מאפשרת לזהות חסרונות מבניים בחומרי מוליך למחצה ולמקם זיהומים בריכוז נמוך.

שחזור פרופיל עומק תלת ממדי של זיהומים מופרדים באמצעות ספקטרומטריית מסת יונים משנית

גלה סרטונים נוספים