TOF-SIMS

Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (TOF-SIMS) ist eine sehr empfindliche Analysetechnologie zur chemischen Charakterisierung von Materialen. Dies wird durch den Einsatz eines fokussierten Ionenstrahls (FIB) mit einer typischen Energie von 10 - 30 keV erreicht, der auf die Probenoberfläche trifft. Als Ergebnis werden Sekundärionen (SI) von den obersten Atomschichten der Probe emittiert.
Das durch Ionen generierte Interaktionsvolumen liegt in der Größenordnung weniger Nanometer. Bei Elektronen hingegen beträgt der Interaktionsumfang typischerweise einige Mikrometer. Als Resultat kann TOF-SIMS, im Vergleich zu REM-basierten Analysetechnologien wie EDX, eine bessere laterale und vertikale Auflösung erreichen.

TOF-SIMS ermöglicht die Charakterisierung von Materialoberflächen durch Massenspektren, Tiefenprofile und elementares/molekulares Mapping. Mit der Massenspektroskopie können Elemente und molekulare Spezies qualitativ und quantitativ in den oberen Schichten einer Probe analysiert werden. Ebenso ist die Bestimmung von Isotopen und Spezies mit nominal ähnlicher Masse möglich.

Die Tiefendarstellung ist ein Vorteil dieser Technologie und wird zum Detektieren von Spurenelementen und anderen Fremdstoffen in verschiedenen Tiefenbereichen eingesetzt. Leichte Elemente, wie Be, B und Li, können in sehr geringen Konzentrationen von wenigen ppm analysiert werden.

Zusätzlich ist chemische 3D-Charakterisierung mit hoher Massenauflösung und exzellenter räumlicher Auflösung möglich. In den Bereichen, in denen die Zusammensetzung von Oberflächen, Dünnfilmen oder Schichtsystemen eine entscheidende Rolle für die Leistungsfähigkeit der Materialien spielt, ist TOF-SIMS das ideale, analytische Werkzeug.

Besonders in der Batterietechnologie erweist sich TOF-SIMS als leistungsstarke Analysmethode. Auf Röntgenanalyse basierende Methoden (EDX, WDX) detektieren Lithium in der Regel nicht. TOF-SIMS hingegen kann leichte Elemente wie Li aufspüren, was es zur optimalen Technologie bei der Ursachenforschung im Umgang mit Batterien auf Li-Ionen-Basis macht.


TESCANs Lösung für die SIMS basiert auf der Integration eines orthogonalen TOF-SIMS mit einem TESCAN FIB-REM-System. Die Kombination ermöglicht In-situ-FIB-Tiefendarstellung mit hoher Massenauflösung und hoher räumlicher Auflösung. Diese herausragende Kombination erlaubt chemische 3D-Charakterisierung und molekulare Analytik an festen Materialien.

Zwei Lösungen sind erhältlich:


 

C-TOF Analyzer Highlights:

  • Kompaktheit
  • Hohe Sensitivität
  • Lichtelement-Detektion
  • Unterscheidung zwischen Isotopen
  • Keine zusätzliche Ionisationsquelle nötig
  • Erkennung positiver & negativer Ionen
  • Chemisches 3D-Mapping
  • Aufladungskompensation mit REM möglich

H-TOF Analyzer Highlights:

  • Bietet alle zuvor erwähnten Vorteile
  • Rückfahrbares Detektordesign
  • Längere Flugbahn resultiert in erheblich besserer Massenauflösung
Jedes der beiden TOF-SIMS Analysesysteme kann in ein TESCAN FIB-REM-System integriert werden. Dabei ergeben sich folgende weitere Vorteile:
 

Ga+ Primärionen (LYRA3, GAIA3)

Xe+ Primärionen (FERA3, XEIA3)

  • Hohe laterale Auflösung
  • Niedrige Ströme
  • Hohes Detektionslimit
  • Begrenzte Ionenimplantation

 
TOF-SIMS
3D-Rekonstruktion von TOF-SIMS-Daten zeigt 27Al+ Signal (blau) und 69Ga+ (rot)