La técnica de Espectrometría de Masas de iones Secundarios (SIMS) es la más sensible de todas las técnicas analíticas de superficie comúnmente empleadas, capaz de detectar elementos de impureza presentes en una capa superficial a una concentración < 1 ppm, y concentraciones a granel de impurezas de alrededor de 1 ppb (parte por mil millones) en casos favorables. Esto se debe a la alta sensibilidad inherente asociada con las técnicas basadas en espectrometría de masas.
Hay varias variantes diferentes de la técnica :
- SIMS estáticos: utilizados para el análisis elemental de subcapa
- SIMS dinámicos: utilizados para obtener información de composición en función de la profundidad por debajo de la superficie
- SIMS de imagen: utilizados para el análisis elemental de resolución espacial
Todas estas variaciones de la técnica se basan en el mismo proceso físico básico y es este proceso el que se discute aquí, junto con una breve introducción al campo de SIMS estáticos. Se pueden obtener más notas sobre SIMS dinámicas y de imagen en la Sección 7.4-Imagen de SIMS y Perfiles de profundidad.
En SIMS, la superficie de la muestra se somete a un bombardeo de iones de alta energía, lo que conduce a la expulsión (o pulverización catódica) de especies neutras y cargadas ( + / – ) de la superficie. Las especies expulsadas pueden incluir átomos, grupos de átomos y fragmentos moleculares.
En SIMS tradicionales, solo los iones positivos son analizados en masa, esto es principalmente para facilitar la práctica, pero genera problemas para cuantificar los datos de composición, ya que los iones positivos no son más que una pequeña fracción no representativa de la especie total de pulverización catódica. Los iones desplazados deben extraerse de manera eficiente de la región de la muestra y someterse a un filtrado de energía antes de ser analizados en masa (de modo que solo se analicen en masa los iones con energías cinéticas dentro de un rango limitado).
El analizador de masa puede ser un analizador de masa cuadrupolar (con resolución de masa unitaria), pero los analizadores de masa de sector magnético o los analizadores de tiempo de vuelo (TOF) también se usan a menudo y pueden proporcionar una sensibilidad y resolución de masa sustancialmente mayores, y un rango de masa mucho mayor (aunque a un costo más alto). En general, los analizadores TOF son preferidos para SIMS estáticas, mientras que los analizadores cuadrupolares y de sector magnético son preferidos para SIMS dinámicas.
Los iones incidentes más comúnmente empleados (indicados genéricamente por I+ en el diagrama anterior) utilizados para bombardear la muestra son iones de gas noble (por ejemplo, Ar+), pero se prefieren otros iones (por ejemplo, Cs+, Ga+ u O2+ ) para algunas aplicaciones. Con TOF-SIMS, el haz de iones primario es pulsado para permitir que los iones se dispersen a lo largo del tiempo desde el instante del impacto, y se requieren duraciones de pulso muy cortas para obtener una alta resolución de masa.
Colaboradores y atribuciones
Roger Nix (Queen Mary, University of London)