二次イオン質量分析法

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SIMSの概要。イオン銃によって供給された数keVの高エネルギーイオン(1 or 2)がサンプルに集束され(3)、表面の原子をイオン化やスパッタリングする(4)。生成した二次イオンはイオンレンズによって集められ(5)、原子の質量によって分けられた後(6)、電子倍増管やファラデーカップ(7)、CCD(8)などで検出される。

二次イオン質量分析法（にじイオンしつりょうぶんせきほう、SIMS; Secondary Ion Mass Spectrometry）とは、質量分析法におけるイオン化方法の種類の一つである。特に固体の表面にビーム状のイオン（一次イオンと呼ばれる）を照射し、そのイオンと固体表面の分子・原子レベルでの衝突によって発生するイオン（二次イオンと呼ばれる）を質量分析計で検出する表面計測法である。

非常に高感度であるため、超高真空下で測定しなければならない。目的に応じて質量分析計には、二重収束型、飛行時間型、四重極型などが主に用いられる。特に飛行時間質量分析計（TOF-MS）を用いた場合には、飛行時間二次イオン質量分析法（TOF-SIMS）とも呼ばれる。

二次イオン質量分析法の測定モードには、試料を削りながら破壊的に測定するダイナミック・モード（D-SIMS）と、非破壊的に測定するスタティック・モード（S-SIMS）があり、目的に応じて使い分ける。ダイナミック・モードでは一次イオンとして通常酸素とセシウムを適時使い分ける。これは一次イオンが試料表面にもたらす、二次イオン発生効率を高める物理化学的な作用を利用している。(酸素は試料の表面酸化により正の二次イオンを、セシウムは試料の表面仕事函数の低下により負の二次イオンを高める)この効果により、分析室中の残留ガスによってバックグラウンドが高くなる軽元素以外の殆どの元素をppbかpptオーダーに至る検出下限を達成している。

二次イオン質量分析法からは組成、化学構造、特定科学種のサブミクロンスケールの分布、深さ方向の分布などに関する情報を得ることができる。

関連項目

• SHRIMP