Spectrométries ioniques
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La résolution de masse d’un tel analyseur peut être calculée à partir de la
relation:
(5.8)
avec B:
densité du flux magnétique [T].
r:
rayon de courbure des ions analysés [m].
V:
potentiel d’accélération [V].
La figure 5.7(a) montre le principe d’un tel analyseur. Les ions émis par
l’échantillon sous bombardement par des ions primaires sont accélérés vers l’analyseur par un potentiel V appliqué entre l’échantillon et la lentille d’immersion (à
comparer avec l’analyseur quadrupolaire, fig. 5.6). Dans l’analyseur sectoriel on
applique un champ magnétique orienté perpendiculairement à la trajectoire des
ions. Ce champ magnétique dévie les ions selon (5.8) dans la direction du détecteur.
L’application d’un tel analyseur comme microsonde ionique se trouve illustrée sur
la figure 5.7(b). La microsonde est équipée de deux analyseurs électrostatiques
supplémentaires pour une meilleure résolution en masse.
Une telle microsonde ionique permet d’obtenir des spectres de masse, mais
aussi des profils en profondeur (chap. 6). La résolution latérale est déterminée par la
source d’ions primaires qui est souvent inférieure au µm. Ainsi, il est possible de
mesurer la distribution de masse le long d’une coupe (line scan) ou d’une surface
(cartes). L’analyseur de masse à secteur magnétique est souvent précédé d’un filtre
d’énergie à secteur électrostatique, ce dernier ayant pour mission de compenser la
dispersion énergétique importante des ions secondaires à la source. La résolution R
d’un analyseur à secteur magnétique couramment atteinte s’échelonne entre 5000 et
50 000 par rapport à une résolution m/∆m de 1 à 10 pour le quadrupôle et de 1000 à
10 000 pour l’analyseur ToF dont on va parler au paragraphe 5.4.4.
5.4.4 Spectromètre à temps de Vol ToF
Le troisième type d’analyseur utilisé pour le SIMS statique est l’analyseur de
temps de vol (ToF Time of Flight) illustré aux figures 5.8 et 5.9. Dans ce cas, la
masse (ou plutôt le rapport m/e) est mesurée par la détection d’un temps. Le faisceau d’ions primaires (par ex. Ga + , Ar + , Cs + ...) est pulsé. Les ions secondaires sont
extraits et accélérés pour parcourir une distance connue (2 m dans le cas de l’appareil décrit à la figure 5.8) jusqu’au détecteur. Un système de groupage d’ions (buncher) est utilisé dans le canon à ions pour mieux bombarder la surface avec des ions
de même énergie dans un intervalle de temps très court pour augmenter la résolution en masse. Dans le cas d’un charging d’un échantillon isolant, la compensation
de charge se fera à l’aide d’un faisceau électronique pulsé. On verra plus loin comment on peut corréler le temps de vol avec la masse d’un ion. Dans le tube de vol
m
e
--- -
η H B 2 r 2
2V
-----------------=
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La résolution de masse d’un tel analyseur peut être calculée à partir de la
relation:
(5.8)
avec B:
densité du flux magnétique [T].
r:
rayon de courbure des ions analysés [m].
V:
potentiel d’accélération [V].
La figure 5.7(a) montre le principe d’un tel analyseur. Les ions émis par
l’échantillon sous bombardement par des ions primaires sont accélérés vers l’analyseur par un potentiel V appliqué entre l’échantillon et la lentille d’immersion (à
comparer avec l’analyseur quadrupolaire, fig. 5.6). Dans l’analyseur sectoriel on
applique un champ magnétique orienté perpendiculairement à la trajectoire des
ions. Ce champ magnétique dévie les ions selon (5.8) dans la direction du détecteur.
L’application d’un tel analyseur comme microsonde ionique se trouve illustrée sur
la figure 5.7(b). La microsonde est équipée de deux analyseurs électrostatiques
supplémentaires pour une meilleure résolution en masse.
Une telle microsonde ionique permet d’obtenir des spectres de masse, mais
aussi des profils en profondeur (chap. 6). La résolution latérale est déterminée par la
source d’ions primaires qui est souvent inférieure au µm. Ainsi, il est possible de
mesurer la distribution de masse le long d’une coupe (line scan) ou d’une surface
(cartes). L’analyseur de masse à secteur magnétique est souvent précédé d’un filtre
d’énergie à secteur électrostatique, ce dernier ayant pour mission de compenser la
dispersion énergétique importante des ions secondaires à la source. La résolution R
d’un analyseur à secteur magnétique couramment atteinte s’échelonne entre 5000 et
50 000 par rapport à une résolution m/∆m de 1 à 10 pour le quadrupôle et de 1000 à
10 000 pour l’analyseur ToF dont on va parler au paragraphe 5.4.4.
5.4.4 Spectromètre à temps de Vol ToF
Le troisième type d’analyseur utilisé pour le SIMS statique est l’analyseur de
temps de vol (ToF Time of Flight) illustré aux figures 5.8 et 5.9. Dans ce cas, la
masse (ou plutôt le rapport m/e) est mesurée par la détection d’un temps. Le faisceau d’ions primaires (par ex. Ga + , Ar + , Cs + ...) est pulsé. Les ions secondaires sont
extraits et accélérés pour parcourir une distance connue (2 m dans le cas de l’appareil décrit à la figure 5.8) jusqu’au détecteur. Un système de groupage d’ions (buncher) est utilisé dans le canon à ions pour mieux bombarder la surface avec des ions
de même énergie dans un intervalle de temps très court pour augmenter la résolution en masse. Dans le cas d’un charging d’un échantillon isolant, la compensation
de charge se fera à l’aide d’un faisceau électronique pulsé. On verra plus loin comment on peut corréler le temps de vol avec la masse d’un ion. Dans le tube de vol
m
e
--- -
η H B 2 r 2
2V
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