相比于传统的离子探针具有较高的灵敏度和极高的空间分辨率。Nano-SIMS将原来的一次离子倾斜入射改成垂直入射,并使一次离子流和二次离子流共同使用一套共轴透镜系统,一次离子流垂直入射可达到缩小束斑直径(即提高空间分辨率),增加离子束亮度,减小仪器扫描成像失真度。同时使用共轴透镜系统大大缩短了接收二次离子的浸没透镜与样品表面间的距离,进而显著提高二次离子流的接收效率以及仪器的灵敏度。
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