Sekundärionen-Massenspektrometrie

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Sekundär-Ionen-Massen-Spektrometrie (SIMS) ist eine Methode der Oberflächenphysik/Oberflächenchemie und gehört wie Sekundär-Neutralteilchen-Massen-Spektrometrie (SNMS), Rutherford Backscattering (RBS) und Low Energy Ion Scattering (LEIS) zu den Ionenstrahltechniken.

Die Probe wird mit Primärionen (O+, Cs+, Ga+, Ar+) oder Clustern (SF5+, Au3+, Bi3+) mit einer Energie von 0,2 – 20 keV beschossen. Hierbei entstehen neutrale, positiv und negativ geladene Teilchen, die je nach den Geräteeinstellungen und dem Betriebsmodus weiter detektiert werden und dadurch Aufschluss über die Zusammensetzung der Probe geben. Die SIMS ist eine sehr empfindliche Analysenmethode (Nachweisgrenze im ppm Bereich für alle Elemente), aber auch eine werkstoffzerstörende Methode, da während der Messung neben dem Abtrag von Material auch durch Einbringung von Primärionen in die Probe deren Zusammensetzung und die Morphologie verändert werden.

Die SIMS kann in verschiedenen Betriebsmoden betrieben werden. Im Tiefenprofilmodus wird die Zusammensetzung der Probe angefangen von der Probenoberfläche in die Tiefe untersucht, wobei eine Tiefenauflösung von ein paar nm erreicht wird. Im Abbildungsmodus liefert die SIMS Informationen über die laterale Verteilung der chemischen Elemente oder Verbindungen auf der Probenoberfläche und funktioniert in Form eines Ionenmikroskops. Die laterale Auflösung im Abbildungsmodus ist geräteabhängig, bewegt sich aber in einem Bereich von 50nm – 1µm. Durch Kombination dieser beiden Betriebsmoden können Verteilungen durch 3D – Bilder anschaulich dargestellt werden und erleichtern die Interpretation von Vorgängen an der Oberfläche und im Inneren der Probe bis zu einer Tiefe von einigen µm. Eines der Hauptanwendungsgebiete von SIMS liegt heute in der Analyse von Halbleitern und dünnen Schichten.