Масс-спектрометрия вторичных ионов во время полета (TOF-SIMS)

Молекулы с поверхности любых образцов удаляются (распыляются) с помощью процесса ToF-SIMS, который включает использование импульсного первичного ионного пучка. Масса распыленных вторичных ионов определяется с помощью времяпролетного масс-анализатора. Анализ массы всех вторичных ионов, которые образуются в результате короткого первичного ионного импульса. Исходя из времени, необходимого для прохождения по заданной траектории дрейфа, можно рассчитать массу каждого вторичного иона.

Таким образом, точное определение времени полета позволяет получить химический состав испускаемых ионов и, следовательно, элементный и молекулярный состав поверхности образца. Анализ ToF-SIMS может выполняться в трех рабочих режимах: спектроскопия поверхности, профилирование глубины и визуализация поверхности. Особенности ToF-SIMS включают в себя: высокое разрешение по массе, широкий диапазон масс вторичных ионов, идентификацию изотопов, идентификацию элементарных и молекулярных соединений, анализ изолирующих и проводящих образцов и ретроспективный анализ.

Основной принцип масс-спектрометрии вторичных ионов во время полета (ToF-SIMS)
В ToF- SIMS исследуемая поверхность бомбардируется импульсным пучком первичных ионов высокой энергии (например, Bi x +). Энергия первичных ионов передается в область вблизи поверхности в результате столкновений между первичными ионами и атомами образца, а также столкновений между атомами образца. Этот каскад столкновений переносит небольшую часть энергии обратно на поверхность и приводит к распылению (вытеснению) электронов, нейтральных частиц и вторичных ионов. Затем вторичные ионы анализируются по отношению их массы к заряду в анализаторе времени полета.

Как функционирует масс-спектрометрия вторичных ионов во время полета (ToF- SIMS)
Для проведения анализа ToF- SIMS требуется прибор, содержащий основные компоненты, такие как: система сверхвысокого вакуума, которая помогает увеличить средний свободный пробег ионов, образующихся на траектории полета, первичный источник ионов, анализатор массы во время полета с траекторией полета, который направляетчастицы вторичных ионов в детектор, низкоэнергетический электронный прожектор для компенсации заряда изоляторов и оптическая камера для непосредственного наблюдения за образцами. Кроме того, приборы ToF-SIMS интегрированы с мощным компьютером и приложениями, которые помогают контролировать и анализировать систему. Программное обеспечение хранит файлы необработанных данных, которые записывают полный спектр масс в каждом пикселе и позволяют реконструировать изображения. Комбинируя визуализацию и профилирование глубины, можно визуализировать химический состав образца в 3D.

Где применяется анализ масс-спектрометрии вторичных ионов во время полета (ToF-SIMS)
ToF-SIMS широко используется в автомобильной, химической, стекольной, фармацевтической и полупроводниковой промышленности. Три основных режима работы: поверхностная спектрометрия, визуализация и профилирование глубины. Области применения ToF- SIMS включают: адгезию, коррозию, биосовместимость, выяснение структуры, толщину слоя, диффузию и сегрегацию.

Преимущества масс-спектрометрии вторичных ионов во время полета (ToF-SIMS)
O Параллельное обнаружение всех вторичных ионов

O Идентификация элементного и молекулярного состава поверхности

O Обнаружение всех элементов (включая водород)

O Обнаружение молекул (неповрежденных до нескольких 1000 аме)

O Глубина отбора проб: верхний монослой поверхности

O Поверхностный анализ изолирующих и проводящих образцов

O Параллельное обнаружение всех ионов; органических и неорганических

O Высокая чувствительность (например, 1E7 - 1E9 атомов /см2 для металлов)

O Высокое разрешение по массе (например, 56 Fe+, Si 2+)

O Высокое поперечное разрешение (? 100 нм)

O Высокое разрешение по глубине (» 1 нм)

O Глубинное профилирование металлов и органических веществ

o 3D-реконструкции

Недостатки масс-спектрометрии вторичных ионов во время полета (ToF-SIMS)
O Сильное влияние химической среды на выход вторичных ионов (матричные эффекты)

Для количественной оценки требуются ссылки, соответствующие матрице.