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什么是輝光放電質譜法（GD-MS）？

輝光放電質譜法（Glow Discharge Mass Spectrometry, GD-MS），利用輝光放電源作為離子源，與質譜分析器聯接進行質譜測定的一種分析方法。

其主要特點包括：

直取樣品分析，無標樣的半定量分析，靈敏度高，基體效應較弱，檢出限可達ppb級…

主要應用：

• 多元素分析掃描（Full Elements Survey-73 Elements）； 

• 材料純度分析（Purity Analysis）； 

• 材料多元素分布的縱向分析（Depth Profile）；

• QA/QC

ElementGD Plus–結構及原理

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Element GD Plus GD-MS測試原理

輝光放電離子源中通入一定流速的惰性氣體（通常選用高純氬氣Ar），陰極和陽極之間施加一個電場。當達到足夠高的電壓（700~1200V）時，惰性氣體被擊穿電離。電離產生的大量電子和正離子在電場作用下分別向相反方向加速，大量電子與氣體原子的碰撞過程輻射出特征的輝光在放電池中形成“負輝區”。正離子則撞擊陰極（樣品）表面通過動能傳遞使陰極發生濺射。由于濺射和電離過程是兩個獨立的步驟，因此相對靈敏度因子RSF幾乎在一個數量級內。

Sputtering Process 濺射過程：

Ar+ ? Sample+ e-

主要的IonizationMechanisms 離子化機制：

Electron Ionization 電子電離： 

Sample+ e- ? Sample+ + 2e-

Penning Ionization 彭寧離子化：

Sample + Ar? ? Sample+ + Ar + e-

Element GD Plus GD-MS應用實例

實例一

電解銅（始極片）的縱向元素分布評估

高純金屬（2N+ ~ 3N+）需要將原料依次提純加工，最終才能得到可供應半導體行業的高純金屬靶材（4N5+ ~ 6N5+）。

以高純銅為例，通過提純加工電解銅，真空熔煉鑄錠，到最終的靶材級別銅。每個工藝步驟都需要對產品進行關鍵的痕量元素進行濃度檢測，并做純度評估。

Element GD Plus GD-MS可幫助生產型企業級用戶快速完成相應的檢測需求。平均每個樣品僅需要10~20mins即可。真正意義上做到從生產原料到最終產品的全覆蓋痕量元素檢測（QA/QC） 。

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電解銅（始極片），其厚度通常為0.Xmm（X00 μm），得益于Element GD Plus GD-MS所搭載的脈沖源（Pulsed mode），能夠實現使用較小的濺射功率對此類較薄材料樣品進行測試，常被應用于薄膜及鍍層材料的GD-MS分析中。

為了能夠體現出在不同的工藝參數及配比下，Chip_1#與Chip_2#的樣品表面的雜質元素的縱向分布情況 (如圖所示)。僅采用10 sec脈沖源預濺射(Pre-Sputtering)，測試時間~18mins/sample，預計濺射深度~13.5 μm。

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實例二

碳化硅涂層痕量元素的縱向分布評估

碳化硅的禁帶寬度大，擊穿場強，具有較好的耐壓特性，已被廣泛應用于半導體行業，新能源車汽車以及能源行業。

碳化硅涂層，可提高器件的耐磨、耐高溫、耐腐蝕性能，延長器件的使用壽命。

為了分析評估器件樣品表面SiC涂層（X00 μm）的關鍵痕量元素的縱向分布情況（如下圖所示），使用Element GD Plus GD-MS的脈沖模式（Pulsed mode），對樣品表面濺射~60 mins，中分辨率下的基體信號強度（28Si）穩定在~4.2E8cps，濺射深度~15 μm（專業儀器測得）。

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