Spectrométrie de masse (TOF-SIMS)

Contact : Jean-Paul SALVETAT

La spectrométrie de masse d’ions secondaires à temps de vol (TOF-SIMS)

Technique d’analyse de très proche surface, sa résolution en profondeur étant de l’ordre de 2-3 couches atomiques (0.5 nm), la spectroscopie de masse à temps de vol apporte des informations chimiques et moléculaires, et vient en complément de l’XPS et de la spectroscopie d’électrons Auger. C’est une technique de choix pour vérifier l’intégrité d’une structure multicouche, réaliser une cartographie moléculaire ou isotopique avec une résolution inférieure à 150 nm, ou encore reconstruire un volume 3D d’un matériau complexe. La technique est par nature destructive car les ions secondaires sont produits par pulvérisation de la surface à l’aide d’un faisceau d’ions primaires qui s’implantent dans une épaisseur de 5 à 10 nm sous la surface et désordonnent la structure atomique du matériau. Toutefois, en régime dit statique, la dose d’irradiation est très faible, ce qui permet d’analyser la surface avant de l’endommager. Typiquement, sachant qu’un impact d’ion affecte environ une zone de 20 nm de diamètre, la dose reçue en régime statique est telle qu’environ seul 1% de la surface totale est impactée.

Notre instrument, un TOF.SIMS 5 d’IONTOF, permet de travailler en mode spectroscopie ou en imagerie avec une résolution inférieure à 150 nm grâce à une nanosonde Bi ou clusters Bi3 de 30 kV. La chambre d’introduction accepte des échantillons jusqu’à 5 cm de diamètre et 2 cm de hauteur. Un système de compensation de charges permet d’analyser des échantillons isolants sans perte de résolution. Un analyser EDR augmente la gamme dynamique des intensités en évitant de manière sélective la saturation du détecteur pour une espèce donnée. Ce mode est particulièrement utilisé pour des mesures quantitatives avec les ions MCs+.

Matériel et options disponibles :

• TOF.SIMS5 ION-TOF
• Dual source column : permettant de pulvériser l’échantillon avec des ions Cs+, O+ ou Ar+
• Gas Cluster Source : source à cluster d’argon permettant l’érosion douce des matériaux organiques. Cette option est particulièrement utile pour les couches minces organiques.
• FIB on GSC : une source FIB aux ions gallium est greffée perpendiculairement à la source de cluster d’argon, pour étendre les possibilités de reconstruction 3D et d’analyse en profondeur, en particulier sur les matériaux hybrides
• Heating and cooling stage : permet de faire varier la température entre -130° et 600°C
• Fast Rotation stage : pour diminuer la rugosité induite lors d’un profil 3D
• Transfer vessel : valise de transfert pour maintenir les échantillons sous atmosphère neutre après montage en boite à gant