Services de spectrométrie de masse à ions secondaires à temps de vol (TOF-SIMS)

NOTE TECHNIQUE

EAG Laboratories dispose de plusieurs instruments TOF-SIMS dans le monde entier. Certains de ces instruments contiennent des capacités spéciales telles que de grandes étapes d'échantillonnage ou le refroidissement d'échantillons pour l'analyse de matériaux semi-volatils sous vide. Notre expérience TOF-SIMS est inégalée, bon nombre de nos scientifiques TOF-SIMS ayant plus de 10 ans d'expérience pratique TOF-SIMS dans une gamme d'industries et d'applications. Historiquement, le laboratoire californien d'EAG (anciennement connu sous le nom de Charles Evans & Associates) a été directement impliqué dans la commercialisation précoce des instruments TOF-SIMS, donnant à EAG une expérience analytique pratique inégalée.

DONNÉES TYPIQUES

Données de spectrométrie de masse d'ions secondaires au temps de vol (TOF-SIMS) d'un film de fluorocarbone montrant une contamination par du silicone.

Film fluorocarboné montrant une contamination au silicone.

Spectrométrie de masse à ions secondaires à temps de vol, données TOF-SIMS d'un film de fluorocarbure propre, sans présence de silicone.

Film de fluorocarbone propre, sans silicone.

Spectrométrie de masse à ions secondaires à temps de vol, TOF-SIMS, plaquette propre ou contaminée

Spectres à résolution de masse élevée du fer (Fe) sur une plaquette de Si contaminée par rapport à une plaquette propre.

Spectrométrie de masse des ions secondaires à temps de vol, images TOF-SIMS de résidus sur un écran plat

DES PRINCIPES

Spectrométrie de masse à ions secondaires à temps de vol, ou TOF-SIMS, fonctionne en tramant un faisceau pulsé d’ions primaires focalisés sur la zone d’intérêt, ce qui entraîne l’émission d’ions secondaires caractéristiques des matériaux présents dans les monocouches supérieures de l’échantillon. En mesurant avec précision les masses des ions détectés, ils peuvent être identifiés et associés aux espèces chimiques présentes sur le surface de l'échantillon. Les données obtenues peuvent être sous forme de spectres de masse ou d'images ioniques d'espèces spécifiques. Des profils de profondeur peuvent également être obtenus si la technique est réalisée conjointement à la pulvérisation ionique (avec le même canon à ions primaire ou en utilisant un faisceau supplémentaire de faisceaux d'ions Cs, O ou Ar).

APPLICATIONS COMMUNES

Son excellente sensibilité de surface, sa capacité d'analyse des matériaux organiques et d'autres isolants, ses excellentes limites de détection et sa capacité à fournir des informations élémentaires et moléculaires font de TOF-SIMS une technique idéale pour traiter les types d'applications suivants:

  • Caractérisation de surface de matériaux organiques et élémentaires
  • Cartographie de la distribution latérale des espèces de surface
  • Identification du contaminant (jusqu'à la plage de ppm pour les espèces élémentaires ou moléculaires)
  • Analyse quantitative des métaux de surface sur des plaquettes
  • Analyse de défaillancep.ex.: adhérence, plots de liaison, revêtements
  • Évaluation des processus de nettoyage (QA / QC)
  • Identification des taches, des décolorations et des taches
  • Examiner les surfaces avant et après le traitement pour identifier les différences
  • Comparaison d'échantillons traités ou stockés dans différents environnements pour déterminer les modifications de surface

POINTS FORTS

  • Surface sensible; top quelques monocouches
  • Limites de détection dans la plage en ppm
  • Analyse de l'enquête
  • Informations élémentaires et moléculaires
  • Peut analyser les isolants et les conducteurs
  • Résolution spatiale inférieure au µm possible en mode d'imagerie
  • Composition d'éléments majeurs possible, dans certaines applications

LIMITATIONS

  • La quantification absolue est difficile sans un étalonnage approfondi
  • Peut être trop sensible à la surface, il est donc important de manipuler et d'emballer les échantillons avec soin
  • Les échantillons doivent être compatibles avec le vide
  • Les jeux de données peuvent être complexes

COMPARAISONS TECHNIQUES

Parmi les autres outils d’analyse de surface présentant des profondeurs d’analyse ou d’applications similaires, citons la spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS), Spectroscopie électronique Auger (AES) et spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR). XPS fournit des informations quantitatives sur les concentrations et les liaisons chimiques qui ne sont normalement pas obtenues directement avec TOF-SIMS. AES peut fournir des images de meilleure résolution spatiale pour les espèces élémentaires, mais avec une sensibilité plus faible. FTIR peut fournir des informations organiques complémentaires et dispose d'une plus grande profondeur d'informations et d'un accès aux spectres des bibliothèques commerciales. Cela pourrait faire de FTIR un meilleur choix pour l’identification de quantités macroscopiques de matériau, lorsque des informations de surface extrêmes ne sont peut-être pas d’un intérêt primordial.

DESCRIPTION

La spectrométrie de masse à ions secondaires à temps de vol (TOF-SIMS), également appelée SIMS statique, est une technique largement utilisée pour caractériser les surfaces et leurs contaminants. Il est étroitement lié à SIMS dynamique, qui utilise un faisceau constant d’ions primaires pour graver un cratère de pulvérisation en un échantillon sur une période de quelques minutes. En revanche, TOF-SIMS utilise un faisceau d’ions pulsé et ne provoque pas de gravure grave ni d’endommager la surface de l’échantillon à l’échelle de temps de l’analyse. Cette absence de dommage en fait une technique idéale pour l'analyse des surfaces afin de détecter la présence d'espèces élémentaires (la plupart des éléments du tableau périodique) et moléculaires, avec une profondeur d'échantillonnage très faible (1-2nm). Associée à un spectromètre de masse à temps de vol, cette technique offre d’excellentes capacités d’enquête avec une sensibilité de l’ordre de la partie par million (ppm). Le faisceau d’ions primaire utilisé dans les instruments TOF-SIMS (généralement 69Ga ou 197Au) peut être focalisé sur des dimensions inférieures au µm, ce qui signifie que la technique peut être utilisée pour analyser des caractéristiques situées dans la plage 1µm à 500µm. Les échantillons conducteurs et isolants peuvent être analysés avec succès.

Spectrométrie de masse à ions secondaires à temps de vol, icône TOF-SIMS

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