Hmotová spektrometrie sekundárních iontů

 

Technika hmotové spektrometrie sekundárních iontů TOF-SIMS

 

Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (TOF-SIMS) používá pulzní primární svazek iontů k desorpci a ionizaci látek na povrchu vzorku. Výsledné sekundární ionty jsou urychlovány do hmotnostního spektrometru, kde jsou analyzovány podle hmoty pomocí měření jejich doby letu z povrchu vzorku k detektoru. V TOF-SIMS existují tři různé způsoby analýzy; 1) ke stanovení prvků a molekul na určitém povrchu jsou snímána hmotnostní spektra; 2) pro vizualizaci rozložení jednotlivých látek na povrchu jsou snímány obrázky; a 3) k určení rozložení různých chemických látek jako funkce hloubky od povrchu se používají hloubkové profily.

Obrázek je generován rastrováním dokonale zaostřeným svazkem po povrchu vzorku. Díky povaze paralelní detekce TOF-SIMS se z každého pixelu na obrázku snímá celé hmotnostní spektrum. Hmotnostní spektrum a obrázky sekundárních iontů se pak používají pro určení složení a distribuce složek povrchu vzorku.

TOF-SIMS poskytuje spektroskopii pro charakterizaci chemického složení, zobrazování pro určení distribuce chemických látek a hloubkový profil pro charakterizaci tenkého filmu.

Schéma procesu SIMS

Spektroskopie TOF-SIMS

V režimu spektroskopie a zobrazování se analyzují pouze nejvrchnější (1-2) atomové vrstvy vzorku. Skutečná desorpce materiálu z povrchu je způsobena “kolizní kaskádou”, která je iniciována dopadem primárního iontu na povrch vzorku. Emitované sekundární ionty jsou extrahovány do TOF analyzátoru aplikováním vysokonapěťového potenciálu mezi povrch vzorku a hmotnostní analyzátor. TOF-SIMS spektra jsou generována pulzujícím zdrojem primárních iontů (velmi krátké pulzy <1 ns). Sekundární ionty putují přes TOF analyzátor s různými rychlostmi, které závisejí na poměru jejich hmotnosti k náboji (ke=1mv²). Pro každý puls primárního iontu se měřením doby, po které dorazí sekundární ionty do detektoru a jejím jednoduchým přepočtem na hmotnost, získá kompletní hmotnostní spektrum.

TOF-SIMS spektrum polyethylen-tereftalátu (PET) obsahující hmotové píky očekávaných fragmentů molekul PET.

 

 

PHI TRIFT V nanoTOF

 

 

Nový přístroj pro analýzu povrchu PHI TRIFT V nanoTOF je další generací velmi úspěšných TOF SIMS přístrojů PHI, který používá patentovaný analyzátor TRIFT. S nanoTOF bylo uvedeno několik zásadních vylepšení. Vynikající výkon analyzátoru TRIFT byl zkombinován s novou revoluční platformou manipulace se vzorkem. Tato inovativní nová platforma byla od základu navržena speciálně pro TOF-SIMS, přidávajíc flexibilitu potřebnou pro umístění vzorků s komplexní geometrií. Navíc byla provedena vylepšení v kompenzaci náboje a výkonu iontové kolony.

Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (TOF-SIMS) poskytuje prvkovou, chemickou a molekulární charakterizaci v úrovních pod mikron a zobrazování pevných povrchů a tenkých filmů v takových produktech, jako jsou polovodiče, jednotky pevných disků, polymery, nátěry a další povrchové vrstvy. Výrobci v chemickém, polovodičovém a farmaceutickém průmyslu mohou nanoTOF použít pro zlepšení produktů, analýzu poruch vodivosti a řízení kontroly procesů. Přístroje analýzy povrchu Time-of-Flight SIMS se liší od přístrojů Dynamic SIMS v tom, že mohou analyzovat nejhornější jednu nebo dvě mono-vrstvy vzorku, přičemž zachovávají molekulární informace. Zatímco D-SIMS poskytuje zejména prvkové informace, analýza povrchu TOF-SIMS přináší chemické a molekulární informace. TOF-SIMS je ideální jak pro organické, tak anorganické materiály a lze ho použít pro charakterizaci jak vodivých, tak nevodivých vzorků. Díky detekčnímu limitu v řádu ppm až ppb, schopnosti mělkého hloubkového profilování a automatické analýze lze nanoTOF použít pro analýzu kontaminace povrchů, stopových nečistot, tenkých filmů a vad. Je to také cenný nástroj pro výzkum chemismu modifikace povrchů a složení povrchu katalyzátorů.