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二次イオン質量分析装置(SIMS):詳細(利用者向け)

ナノメートルオーダーの異なる元素の層を積層させ、新規機能エレクトロニクスデバイスが構築されてきている。極めて高度な技術を要するエレクトロニクスデバイスは、その性能を発揮するだけではなく、長期の動作信頼性が要求される。電子デバイス作製過程において、また、動作不具合が生じた場合には、顕微鏡等による検査の他に、原子レベルでの拡散状態や不純物混入状態を知る必要性がある。エレクトロニクス材料を構成する元素や微量の添加元素の種類を知る手法の一つとして、二次イオン質量分析法(Secondary Ion Mass Spectrometry; SIMS)がある。

SIMSとは、スパッタリングにより材料表面を削り取り質量を得る、破壊分析手法である。これは材料から元素を取り出しながら、まるでシャベルで穴を掘りながら地層を調べるように、どのような重さの元素がどの深さにあるのか、または面内でどの場所にあるのかを調べる手法である。数百ミクロンの二次元的広がりの範囲で、元素が数十層から数百層並んだ「地層」を調べることが出来る。また、表面近傍のみに着目し、材料表面に吸着している元素や分子をソフトに脱離させ、それらの重さを測ることが出来るようになってきている。

左図はGaN半導体中にリンをイオン注入した後にSIMS測定を行った結果である。図に示すように、材料を構成している元素と不純物を同時に測定することが出来、深さ方向の分布を計測することが出来る。