PHI nanoTOF II飛行時間質(zhì)譜儀™
PHI nanoTOF II飛行時間二次離子質(zhì)譜儀是超靈敏的表面分析技術(shù)，可檢測表面分子成分和分布，元素及其同位素。所有元素和同位素，包括氫都可以用飛行時間二次離子質(zhì)譜分析。由初級脈沖離子束轟擊樣品表面所產(chǎn)生的二次離子，經(jīng)飛行時間分析器分析二次離子的荷質(zhì)比，從而得知樣品表面信息。
PHI nanoTOF IITM是第五代SIMS儀器，PHI nanoTOF II飛行時間二次離子質(zhì)譜儀具有*的專屬飛行時間（TOF）分析儀，它擁有市場上TOF-SIMS儀器中大的角度和能量接收范圍，它使用了具有優(yōu)良離子傳輸能力的三級聚焦半球形靜電分析器，實現(xiàn)了高空間分辨率和質(zhì)量分辨率。PHI nanoTOF IITM還具有很高的成像能力，可以表征形貌復(fù)雜的樣品而沒有陰影效應(yīng)。
| 特點：立體收集角度大和深景深 二次離子以不同的初始能量和角度 從樣品表面飛出,因此,即使是質(zhì)量 *相同的離子,在分析儀內(nèi)的飛行 時間也會產(chǎn)生差異,飛行時間差是導(dǎo) 致質(zhì)量分辨率變差的原因之一。 NanoTOFⅡ采用的是三重聚焦靜電分 析儀（TRIFT型）,可以同時矯正由初 始能量和發(fā)射角的差異而發(fā)生的飛行 時間差異而發(fā)生的飛行時間差。 TRIFT型分析儀的大的優(yōu)勢,就是同時實現(xiàn)了高質(zhì)量分辨率和高檢測靈敏度，并且成像沒有陰影。 | |
| 圖2(a)不同飛出角度的二次離子飛行軌跡示意圖 | 2(b) 斷裂陶瓷截面示意圖及二次離子分布圖 |
同時實現(xiàn)高空間及高能量分辨模式：nanoTOF Ⅱ安裝了新開發(fā)的離子槍（對應(yīng)的源為Bi，Au，Ga），空間分辨率小能達到70納米（Bi3++）。此外，在新設(shè)計的脈沖壓縮（Bunched）機理下，可采用高質(zhì)量分辨率模式，實現(xiàn)500納米或以下（Bi3++）的空間分辨率，其增加了三倍以上的電流密度，同時提高了靈敏度，空間分辨率和質(zhì)量分辨率。
| | | |
| 圖-3 a）新型二次離子槍 | 圖-3 b）舊型號儀器成像 | 圖-3 c）nanoTOF II成像 |
| | | |
視野范圍小可至5微米：下圖顯示的是在較高的空間分辨率下，PS/PMMA聚合物的成像。傳統(tǒng)上來說，聚合物的分子分布結(jié)構(gòu)，只能用AFM觀察，但在這里，nanoTOF II也能做到。
低背景和亞穩(wěn)抑制：nanoTOF II繼承了上一代的設(shè)計優(yōu)點，在TRIFT質(zhì)譜儀中添加了能量過濾器（Energy Slit）來實現(xiàn)對亞穩(wěn)態(tài)離子的抑制(Metastable Rejection) ，從而降低質(zhì)譜的背景噪音。比較Reflectron型和TRIFT型為基礎(chǔ)的質(zhì)譜儀，明顯地看到Reflectron型譜儀由于不具備亞穩(wěn)抑制功能，其得到圖譜背景噪音遠高于TRIFT型的譜儀的背景噪音。
| |
| 圖7 -（A）以Reflectron探測到130-140m/z范圍的PTFE質(zhì)譜，在主亞穩(wěn)峰旁邊發(fā)現(xiàn)子峰。 （B）以TRIFT探測到130-140m/ z范圍的PTFE質(zhì)譜，二次離子信號不受亞穩(wěn)離子干擾。 |
多種離子槍選配實現(xiàn)高精度深度剖析：nanoTOF Ⅱ的深度分析濺射的離子槍，既有適用于無機化合物的高靈敏度分析的銫離子槍（適用于負離子分析）和氧離子槍（適用于正離子分析）；也有適用于有機物薄膜深度剖析的C60離子槍槍和氬氣體團簇（Ar-GCIB）離子槍，可在高的深度分辨率下，實現(xiàn)高靈敏度的深度剖析。整個離子槍的應(yīng)用范圍如圖4e所示。
| | |
| 圖4-a）新型Cs離子槍 | 圖4-b):Si/Ge多層膜的深度方向測試結(jié)果 |
| 圖4-c）氬氣團簇離子槍 | 圖4-d）Irganox多層膜的深度方向測試結(jié)果 |
| | |
圖4-e）各種離子槍的應(yīng)用范圍
FIB-TOF三維深度分布成像：TRIFT分析儀的內(nèi)在特性和優(yōu)勢是可以通過對FIB銑削坑的垂直型墻直接成像而不必傾斜樣品。相對于使用傳統(tǒng)的濺射離子源方法,FIB使用已設(shè)置的加工程序?qū)悠愤M行FIB銑削和切片，可獲得更深層亞表面特征或缺陷信息。此外,通過使用“切片和視圖”的方法可進行TOF-SIMS 3D成像，F(xiàn)IB槍用來對樣品進行剖面加工而TOF-SIMS分析每一連續(xù)剖面加工層。使用這種方法得到 3D 成像可以大限度地減少或消除濺射離子束深度剖析帶來的潛在困難。而其三維圖像重構(gòu)也可以非常簡單，因為樣品在FIB加工和TOF-SIMS數(shù)據(jù)采集期間是不需要移動的。
| |
| 圖5 -（左）CuW合金三維等值面疊加的圖像：Cu等值面（綠色）和W等值面（藍色） （右）銅等值面（綠）和W等值面（藍色）的三維等值面疊加圖像 |
串聯(lián)質(zhì)譜MS/MS （有機高分子材料分析*附件）：超過 m/z 200 的分子離子碎片,常規(guī)的TOF-SIMS的高質(zhì)量精度和高質(zhì)量分辨率不能對特征離子的元素/成分組成提供明確判定；也不能提供清楚的結(jié)構(gòu)信息,包括分子片段中不飽和鍵的位置。這對于研究高分子添加劑和生物組織剖面尤為重要。專屬技術(shù)的并行成像串聯(lián)質(zhì)譜MS/MS選配可以同時獲得MS1和MS2質(zhì)譜圖,圖像和3D成像,空間分辨率為200nm。利用1.5keV碰撞誘導(dǎo)解離法,得到MS2數(shù)據(jù),可對分子結(jié)構(gòu)進行高效解析。
SmartSoftTM-TOF配合WinCadence軟件易于操作：
nanoTOF II操作軟件采用智能化，如‘流’的設(shè)計，讓用戶按照流程順序，依次完成樣品裝載，樣品定位，設(shè)定分析條件，開始圖譜采集；并配合可視化的圖形界面，形象地展示儀器的各個部件，及儀器當(dāng)前的運行狀況，實時顯示儀器的參數(shù)。讓用戶一學(xué)就會，一看就懂。
| | |
| 圖-6 a）SmartSoftTM-TOF用戶界面 | 圖6- b)WinCadence用戶界面 |
多樣化的樣品托：
· 標(biāo)準(zhǔn)樣品托：有兩種100mm的正方形樣品托,分別用于前后裝樣。視應(yīng)用條件選擇樣品托。
· 冷熱樣品托：可用于對樣品加熱冷卻的樣品托,不僅在進樣室可加熱冷卻,在樣品臺移動時也可使用。
· 真空轉(zhuǎn)移裝置：能夠在客戶的手套箱和設(shè)備的預(yù)抽室之間傳遞樣品,防止樣品與大氣接觸，適用于易于大氣反應(yīng)的樣品。
nanoTOF II儀器規(guī)格：
Bi作為一次離子源時：
· 低質(zhì)量數(shù)質(zhì)量分辨率（m/Δm）：硅（28Si+和28SiH+）在12000以上
· 高質(zhì)量數(shù)質(zhì)量分辨率（m/Δm）：m/z > 200，在 16,000以上
· 有機材料的質(zhì)量分辨率（m/Δm）：PET（104 amu）在12000以上
· 小離子束直徑：70納米（高空間分辨率模式）、0.5μm（高質(zhì)量分辨率模式）
nanoTOF II選配:
串聯(lián)質(zhì)譜MS/MS、氬氣團簇離子槍、C60離子槍、銫離子槍、氬／氧離子濺射槍、樣品冷卻/加熱系統(tǒng)、樣品高溫加熱系統(tǒng)、真空轉(zhuǎn)移裝置、氧噴射系統(tǒng)、Zalar高速旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、聚焦離子束FIB（Focused Ion Beam）、前處理室、各種樣品托、離線數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、Static SIMS Library等。
· 應(yīng)用：材料領(lǐng)域：聚合物材料（纖維、塑料、橡膠、紙張、樹脂涂料等）、金屬合金、半 導(dǎo)體、硅酸鹽陶瓷、納米鍍層、有機半導(dǎo)體OLED、OPV等。
· 研發(fā)領(lǐng)域：半導(dǎo)體器件、納米器件、生物醫(yī)藥、量子結(jié)構(gòu)、能源電池材料等。
· OLED膜層結(jié)構(gòu)：有機膜層成分、分布和結(jié)構(gòu)剖析，高質(zhì)量離子碎片表征。
· 薄膜和涂料：分析有機涂層，有機和無機涂料的成像分布。
· 無機及半導(dǎo)體器件：晶圓工藝殘渣物，缺陷分析，蝕刻/清潔殘留分析，晶圓工藝中微量 金屬污染物分析；摻雜元素的3D成像分析。
· 磁存儲器件：介質(zhì)表面的殘留物，來自于工藝的污染物，包括有機和無機物，失效分析， 潤滑分析。
· 藥物研究：藥物截面成像，新的藥物緩釋涂層的表征與發(fā)展。
· 生命科學(xué)領(lǐng)域：研究組織和細胞。
