La technique ToF-SIMS (Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry)

Spécifications
  • information chimique et moléculaire : information qualitative sur la nature des molécules de surface et/ou des groupements de surface,
  • analyse élémentaire : tous les éléments sont détectables (H compris), mais la sensibilité varie fortement d'un élément à un autre,
  • profondeur d'analyse : inférieure à 10 Å,
  • seuil de détection : de l'ordre de la ppm ou femtomole (variable suivant l'élément et la matrice),
  • microanalyse : aire analysée de quelques µm² à quelques centaines de µm²,
  • cartographies : imagerie élémentaire et moléculaire à haute résolution spatiale ( < 0,2 µm),
  • possibilité d'analyser des échantillons isolants,
  • analyse sous ultravide (10-9 - 10-10 torr) : analyse de solide.

Principe

La surface de l'échantillon est bombardée par un faisceau d'ions (source pulsée), appelés ions primaires, de quelques keV d'énergie. Sous l'effet du bombardement, diverses particules secondaires sont émises de la surface : électrons, photons, atomes et molécules neutres, atomes et molécules excités, ions.

La technique ToF-SIMS analyse, par spectrométrie de masse (acquisition parallèle à l'aide d'un analyseur à Temps de Vol), les ions secondaires atomiques et moléculaires issus de la pulvérisation.
L'utilisation d'un très faible courant d'ions primaires (SIMS statique) permet de limiter la profondeur d'analyse (2 ou 3 premières couches atomiques) : il s'agit d'une analyse de l'extrême surface. Ceci explique les précautions à prendre lors du conditionnement des échantillons pour veiller à ne pas apporter une contamination qui masquerait la surface d'intérêt.

Le faible courant de la source permet également de limiter les fragmentations (présence de fragments de haute masse*) d'où une information qualitative sur la structure chimique de l'échantillon en surface, c'est-à-dire sur les liaisons et les groupements de surface. C'est pourquoi cette méthode est particulièrement utilisée pour l'étude des polymères, des semiconducteurs, des catalyseurs et des matériaux biologiques pour des problématiques de contamination, adsorption, adhésion, corrosion et biocompatibilité.

* en SIMS dynamique (classique), les densités de courant sont en général plus élevées et par conséquent les fragmentations plus importantes (moins de fragments à haute masse), d'où l'absence d'information sur les liaisons chimiques.



mis à jour le 24/08/2015