日本ulvac-phi公司于2004年11月12日宣布,與離子槍生產商英國ionoptika公司聯合開發出了以c60為離子源的濺鍍機離子槍,并已經開始銷售(發布資料(日文))。其特點是能夠在不破壞成份和結構的情況下以1nm(深度方向)的誤差,對有機薄膜樣本的表面進行切削或濺射清除。該公司表示“可對有機薄膜進行低損傷蝕刻,這在此前是做不到的”。通過與使用x射線對物質表面成份和分子結構進行分析的x射線光電子能譜儀(xps)配合使用,能夠高精度地對有機el使用的有機半導體層的各層分子結構以及界面結構進行分析。
雙方此次開發的是一種通過高速噴射c60離子撞擊樣本,能夠在1nm到最大數百nm的厚度范圍內對樣本表面進行濺射清除的離子槍(圖1)。主要用于使用xps時的干蝕刻處理。此前該處理一直使用采用ar等離子的離子槍。但是,由于離子尺寸、質量及化學反應特性等問題,當要以數nm以上的深度對樣本進行切削時,經常就會由于大量離子深陷樣本之中,破壞樣本的化學結構,導致無法得到正確的分析結果。“比如,在對cf2組成的聚四氟乙烯使用老式離子槍時,cf2受到破壞后就會分解成cf和f”(ulvac-phi公司分析室課長真田 則明)。
業界很早就知道,如果采用c60離子,樣本的損傷就會非常小,能夠按照所需的深度準確地對樣本進行濺射清除(圖2)。“盡管原因不是很明確,不過可能與c60直徑較大有關系,其直徑達到了0.7nm,而ar原子的直徑僅為0.2nm左右”(真田)。“開發成功可大量產生c60離子并能穩定地濺射到樣本上的技術,才成功實現了此次投產”(ulvac-phi公司)。
c60在常溫常壓下很難形成離子。該公司首先將其加熱到400℃使之發生升華,然后照射微弱的電子束,即可產生1~2價的c60離子。讓c60離子通過質量過濾器,提高離子純度后,先利用1kv~10kv的電壓進行加速,再噴射到樣本上。“c60的價格為每百mg數百萬日元。只要有100mg,哪怕在平時的分析工作中每天使用,也能用上1年以上,因此材料成本不需擔心”(真田)。
ulvac-phi公司將這種c60離子槍與該公司的xps配套銷售。c60離子槍根據離子束的最大寬度等指標分為多種類型,與xps組成的套件價格也各不相同。xps的價格約為1億4000萬日元(約合人民幣1070萬元)。而c60離子槍的單份則為每部1500萬日元(約合人民幣115萬元)。
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