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Analyse et technologie des surfaces
(5.10c)
On constate que la durée de l’impulsion ∆t détermine ainsi la résolution de masse.
Cette relation montre qu’on a tout intérêt à diminuer le temps de l’impulsion pour éviter les interférences de masses. La relation (5.10c) nous amène à l’aide de la relation
(5.9b) pour E cin = 3 keV et L = 2 m à une relation entre le temps de vol et la masse:
(5.11)
avec la fréquence de répétition (nombre d’impulsions par seconde) définie par R = 1/t.
La résolution de masse sera pour cette exemple:
(5.12)
qui donne pour une masse de m = 27 (Al) et une durée d’impulsion de 1 ns une résolution de masse m/∆m = 6755.
Il est intéressant de calculer le nombre n d’ions primaires qui bombardent la
surface. Avec un courant continu (dc) de 1nA = 10 –9 C/s, on obtient:
(5.13)
Cela signifie selon (5.13) qu’un courant de 1 nA pendant 1 s de bombardement
d’une surface de 1 cm 2 donne une dose D = 5,3 · 10 9 ions/cm 2 et qu’une durée
d’analyse de 2,5 min suffit pour atteindre la limite du SIMS statique.
La figure 5.3 n’est strictement applicable que pour un courant continu.
Comme on vient de le discuter, on utilise les canons à ions pulsés dans le cas d’un
spectromètre de temps de vol. Dans le mode imagerie une résolution latérale de
0,06 µm est atteinte pour une source de Ga + à 25 keV et un courant continu de
500 pA. En mode pulsé, la résolution latérale se dégrade légèrement à 0,1 µm. Le
nombre d’ions par impulsion est déterminé par la durée de l’impulsion selon (5.13).
Toutefois, la résolution en masse dépend également de la durée de l’impulsion ∆t
selon (5.10c). En conséquence, la résolution en masse atteignable est inversement
proportionnelle à la durée de l’impulsion. Ainsi, l’opérateur doit faire le choix entre
la résolution de masse, l’intensité du signal déterminée par le courant et la résolution latérale. Si on veut rester dans les limites du SIMS statique (10 12 ions/cm 2 ), on
doit adapter le temps total d’acquisition.
Le choix des conditions expérimentales est déterminé par le problème à résoudre et dépend directement de l’échantillon à analyser. Prenons l’exemple d’une analyse d’une contamination de Fe sur un échantillon de Si. La résolution de masse
nécessaire pour distinguer entre 56 Fe et 28 Si 2 est théoriquement m/∆m ≥ 3378. Cela
signifie que pour une résolution latérale de 0,3 µm, seulement 6 ions/impulsion
m
∆m
------- -
t
2∆t
-------- -
=
t
2,6 m µs
[ ]
=
m
∆m
------- -
2,6 m
2∆t
--------------- -
=
n
1 10 9
–
⋅
1,6 10 19
–
⋅
------------------------ -
A
As/ion
---------------- -
6,3 10 9 ions
s
--------- -
⋅
=
=
Analyse et technologie des surfaces
(5.10c)
On constate que la durée de l’impulsion ∆t détermine ainsi la résolution de masse.
Cette relation montre qu’on a tout intérêt à diminuer le temps de l’impulsion pour éviter les interférences de masses. La relation (5.10c) nous amène à l’aide de la relation
(5.9b) pour E cin = 3 keV et L = 2 m à une relation entre le temps de vol et la masse:
(5.11)
avec la fréquence de répétition (nombre d’impulsions par seconde) définie par R = 1/t.
La résolution de masse sera pour cette exemple:
(5.12)
qui donne pour une masse de m = 27 (Al) et une durée d’impulsion de 1 ns une résolution de masse m/∆m = 6755.
Il est intéressant de calculer le nombre n d’ions primaires qui bombardent la
surface. Avec un courant continu (dc) de 1nA = 10 –9 C/s, on obtient:
(5.13)
Cela signifie selon (5.13) qu’un courant de 1 nA pendant 1 s de bombardement
d’une surface de 1 cm 2 donne une dose D = 5,3 · 10 9 ions/cm 2 et qu’une durée
d’analyse de 2,5 min suffit pour atteindre la limite du SIMS statique.
La figure 5.3 n’est strictement applicable que pour un courant continu.
Comme on vient de le discuter, on utilise les canons à ions pulsés dans le cas d’un
spectromètre de temps de vol. Dans le mode imagerie une résolution latérale de
0,06 µm est atteinte pour une source de Ga + à 25 keV et un courant continu de
500 pA. En mode pulsé, la résolution latérale se dégrade légèrement à 0,1 µm. Le
nombre d’ions par impulsion est déterminé par la durée de l’impulsion selon (5.13).
Toutefois, la résolution en masse dépend également de la durée de l’impulsion ∆t
selon (5.10c). En conséquence, la résolution en masse atteignable est inversement
proportionnelle à la durée de l’impulsion. Ainsi, l’opérateur doit faire le choix entre
la résolution de masse, l’intensité du signal déterminée par le courant et la résolution latérale. Si on veut rester dans les limites du SIMS statique (10 12 ions/cm 2 ), on
doit adapter le temps total d’acquisition.
Le choix des conditions expérimentales est déterminé par le problème à résoudre et dépend directement de l’échantillon à analyser. Prenons l’exemple d’une analyse d’une contamination de Fe sur un échantillon de Si. La résolution de masse
nécessaire pour distinguer entre 56 Fe et 28 Si 2 est théoriquement m/∆m ≥ 3378. Cela
signifie que pour une résolution latérale de 0,3 µm, seulement 6 ions/impulsion
m
∆m
------- -
t
2∆t
-------- -
=
t
2,6 m µs
[ ]
=
m
∆m
------- -
2,6 m
2∆t
--------------- -
=
n
1 10 9
–
⋅
1,6 10 19
–
⋅
------------------------ -
A
As/ion
---------------- -
6,3 10 9 ions
s
--------- -
⋅
=
=