辉光放电质谱理论及应用：深度剖析与二维成像

进行GD-MS分析时，样品须被溅射然后才能分析，而这种溅射也是GD-MS能进行深度剖析（depth-profile）的基础。深度剖析是分析样品的化学成分随深度的分布。由于GD-MS本身的特点，使其用于深度剖析时，与其他具有深度剖析功能的方法相比，在元素检测范围、痕量元素检测、无标样时的定量检测等方面都具有优势，这使其成为新材料研发的一种非常有效的技术手段，例如在薄膜材料、多层材料、掺杂材料、具有浓度梯度的材料领域都有应用。

对于深度剖析，深度分辨率是一个重要的参数。典型的辉光放电质谱常规的溅射速度为μm／min级，而一般的GD-MS分析从溅射到分析所需时间是min级，所以一般的GD-MS深度剖析的深度分辨率只能达到μm级。为了提高深度分辨率，可以通过控制测量条件降低溅射速度，同时提高检测速度（如采用多离子同时检测技术）。采用脉冲离子源降低溅射速度，可以在保证信号强度的情况下降低溅射速度，也只有在降低溅射速度的情况下，对薄膜和多层膜等材料的深度剖析才能获得真实信息。Pisonero等［21］采用脉冲射频源GD TOF MS实现了对Si基上沉积的Si-Co双层nm级薄膜进行深度剖析，最表面的Si层有30nm厚，而下面的Co层，不同样品分别为30mm、10mm、5mm、2mm和1nm厚。Bustelo等［22］则用脉冲射频源GD TOF MS对自组装方法合成的纳米结构材料进行了深度剖析。

进行GD-MS深度剖析时，记录和分析的实际是样品中化学组成或某些元素随分析时间的变化，为了实现真正的深度剖析，必须将时间转换成深度，这就需要知道溅射速度。溅射速度与离子源类型及其几何参数设计、测量参数、样品本身的特性等因素有直接关系，因此对样品进行具体分析时，可以通过测量确定溅射速度。

如果在时间t中，溅射深度为d，则溅射速度为d／t。溅射深度通常要用其他方法测量，如用台阶仪或轮廓仪。溅射深度也可以通过样品溅射前后质量的变化来近似计算：对于密度均匀的样品，假定溅射后形成的是一个圆柱形的坑，溅射深度d可由下式得出：(www.xing528.com)

式中，Δm为溅射前后样品的质量变化；r为溅射坑的半径；ρ为样品密度。

当然，也可以用已知厚度的薄层样品，在选定的测量条件下测量其溅射到衬底材料时所需的时间来确定其溅射速度，并作为同类材料在该测量条件下溅射速度的参考。

Konarski等［23］提出了一种用直流辉光放电质谱对样品中的元素进行二维成像的方法，通过在样品上加一个可以在空间X、Y、Z方向上移动的装置，并在样品上加一个限制面罩，实现了分辨率（在X、Y二维平面方向）为0．16～0．42mm的二维成像分析。