Задача Заказчика:

Время-пролетный масс-спектрометр для исследования поверхности различных  образцов материалов (Static SIMS) и возможностью профилирования образца по глубине (Dynamic SIMS).

Решение, предложенное Заказчику:

Масс-спектрометр от английской компании Kore Technology

Краткая спецификация инструмента TOF-SIMS:

1. Быстрое получение исследуемых спектров масс в TOF-SIMS режиме.
2. Возможность работы как с положительно заряженными вторичными ионами, так и с отрицательно-заряженными (positive and negative SIMS).
3. Возможность распыления (профилирования образца по глубине) вторичной ионной пушкой.
4. Гарантированное разрешение по массе (М/ΔМ) ≥ 1500 (FWHM) по элементарным веществам массой > 40 аем (достигнутое в ходе наладки спектрометра разрешение составило ~ 2000-2200 FWHM).
5. Максимальное гарантированное разрешение по массе (М/ΔМ) ≥ 3000 (FWHM) по органическим молекулам (достигнутое разрешение ~ 4000 FWHM).
6. Точность по массе ~ 1 м(amu).
7. Пространственное разрешение ~ 200 нм.
8. Предел детектирования ~2 x 10⁹ atoms/cm²

Основные модули спектрометра

Первичная Ионная пушка

Данный спектрометр оснащен и использует жидкометаллическую галлиевую ионную пушку английской компании Ionoptica.

Вторичная Ионная пушка

Для распыления образца по глубине была выбрана ионная пушка на ионах Цезия с кинетической энергией ионов до 5 кэВ работающая в паре с первичным ионным источником в импульсном режиме.

Электронная пушка (источник электронов)

Для компенсации накопления заряда на поверхности непроводящих образцов.

Система оптического контроля образца

Микроскоп с камерой и зумом для наблюдения за образцом во время экспериментов.

Детектор вторичных электронов

SED-детектор для формирования изображения образца.

На фото: Заданная величина поля зрения SED-детектора равна 200 мкм.
Диаметр отверстия равен 100 мкм

Подача кислорода к образцу

Для увеличения выхода вторичных ионов в режиме работы с отрицательно-заряженными ионами (negative mode) в приборе предусмотрена подача кислорода на образец.

Особенности спектрометра

Прибор имеет пневмоподвеску рамы крепления всех основных модулей. Данное решение уменьшает влияние паразитных вибропомех на работу первичной ионной пушки.

Экстракция вторичных ионов происходить с небольшой задержкой для сжатия пакета вторичных ионов с целью получения лучшего разрешения и облегчения фокусировки.

Фото масс- спектрометра:

Внешний вид

В процессе наладки

Профили травления образа кремния, на который нанесены последовательно два слоя –
слой меди толщиной 75 нм и слой тантала, толщиной 125 нм

Процесс настройки профиля ионного пучка цезиевого источника

Галлиевый источник

Масс-пики двух стабильных изотопов меди

Медь имеет атомную массу 63.5456 amu и два стабильных изотопа. Масса изотопа меди ⁶³Cu есть 62.9296 amu, а масса изотопа меди ⁶⁵Cu есть 64.9278 amu. Изотопаная распространенность ⁶³Cu равна 69,1 % и ⁶⁵Cu 30,9 %, что и подтверждается высотой пиков.

Разрешение на пике массы 43 (молекула C₃H₇⁺) более 4000 FWHM.
Небольшой ик слева – это очевидно молекула C₂H₃O⁺