Introducción a SIMS

Schematic of the SIMS technique
Cuando una muestra sólida es pulverizada por iones primarios de poca energía keV, una fracción de las partículas emitidas por el objetivo es ionizada. La espectrometría de masa de iones secundarios consiste en analizar estos iones secundarios con un espectrómetro de masa. La emisión de iones secundarios por una superficie sólida bajo bombardeo de iones proporciona información sobre la composición elemental, isotópica y molecular de sus capas atómicas superiores. Los rendimientos secundarios de iones variarán en gran medida según el entorno químico y las condiciones de pulverización (iones, energía, ángulo). Esto puede agregar complejidad al aspecto cuantitativo de la técnica. Sin embargo, SIMS es reconocida como la técnica de análisis de superficie elemental e isotópica más sensible.

La técnica SIMS proporciona una combinación única de sensibilidad extremadamente alta para todos los elementos desde hidrógeno a uranio y superiores (límite de detección hasta el nivel de ppb para muchos elementos), alta resolución lateral de imágenes (hasta 40 nm) y un fondo muy bajo que permite un alto rango dinámico (más de 5 décadas). Esta técnica es "destructiva" por su naturaleza (pulverización de material). Se puede aplicar a cualquier tipo de material sólido (aislantes, semiconductores, metales) que pueda mantenerse al vacío.

Modo SIMS dinámico

Mientras el SIMS estático se concentra en la primera monocapa superior, proporcionando caracterización principalmente molecular, en el modo SIMS dinámico, la composición volumétrica y la distribución en profundidad de elementos traza se investigan con una resolución de profundidad que varía desde subnm a decenas de nm.

Los instrumentos SIMS dinámicos están equipados con haces de iones primarios de oxígeno y cesio para mejorar, respectivamente, las intensidades de iones positivos y secundarios negativos. Comenzando desde la superficie (o atravesando una interfaz), mientras aumenta la dosis de ion primario implantada en el objetivo, la concentración de la especie primaria (oxígeno o cesio) alcanzará un equilibrio dependiendo de las condiciones de pulverización y la naturaleza del objetivo. Este equilibrio corresponde a un estado estacionario de pulverización, y tan pronto como se logra, es posible la cuantificación confiable con muestras estándar de referencia, utilizando Factores de sensibilidad relativa.

Una de las aplicaciones principales de SIMS dinámico es el análisis de distribución en profundidad de elementos traza (por ejemplo, adulterantes o contaminantes en semiconductores). La energía de impacto de iones se ajusta según la profundidad de interés y la resolución de profundidad requerida. La baja energía (hasta 150eV) se usa para reducir la mezcla atómica debido a las cascadas de colisión y mejorar la resolución de la profundidad hasta el nivel subnanométrico. Se selecciona alta energía (hasta 20 keV) para investigar más profundamente (decenas de micrones), más rápido (velocidad de pulverización de ?m por rango min) y para mejorar los límites de detección. El SIMS dinámico también se usa con frecuencia para el análisis de imágenes de alta resolución y mediciones de relación de isótopos de alta precisión.

Todos los instrumentos SIMS de CAMECA están optimizados para el análisis dinámico de SIMS.

CAMECA: líder mundial en SIMS

Desde la espectrometría de masas de iones secundarios en la década de 1960, CAMECA ha desarrollado una línea completa de productos SIMS. Cada uno de nuestros instrumentos de alta gama garantiza el mejor rendimiento para una aplicación determinada.