Ihr Bedarf: die chemische Zusammensetzung der äußersten Oberfläche einer Probe mittels TOF-SIMS-Analyse charakterisieren
TOF-SIMS, eine hochmoderne technische Methode
Das Sekundärionen-Massenspektrometer mit Flugzeitmessung (ToF-SIMS auf Englisch für Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry), sims analysis auf Englisch, basiert auf der Präzision eines hochmodernen TOF-Analysators. Es handelt sich um eine Bildgebungs- und Analysetechnik, mit der hochpräzise elementare und molekulare Informationen über die an der äußersten Oberfläche von Proben im Festkörperzustand vorhandenen Spezies gewonnen werden können.
SIMS-Analyse und TOF-SIMS-Variante: hohe Auflösung und gleichzeitige Detektion
TOF-SIMS-Analyse
DieTOF-SIMS-Analyse wird besonders geschätzt, da sie detaillierte Informationen über die elementare chemische Zusammensetzung sowohl an der Oberfläche als auch in der Tiefe von Materialien (bis zu 1 nm) liefert.
Sie ermöglicht nicht nur die Untersuchung der Oberfläche, um die vorhandenen Elemente und Moleküle zu identifizieren, sondern auch Tiefenprofile durch schrittweises Abtragen von Schichten zu erstellen, wodurch Zusammensetzungsänderungen auf verschiedenen Ebenen sichtbar werden. Diese Technik zeichnet sich somit durch ihre Fähigkeit aus, die molekulare Struktur von Verbindungen zu identifizieren.
SIMS-Analyse
Unverzichtbar für die Oberflächenanalyse, diese doppelte Analysefähigkeit, räumlich und molekular, macht die TOF-SIMS-Analyse unverzichtbar für die Oberflächenanalyse, die Untersuchung von Wechselwirkungen zwischen Materialien, das Verständnis des Vorhandenseins von Korrosion, die Analyse von Beschichtungen und viele weitere Anwendungen.
TOF-SIMS-Analyse
Die TOF-SIMS-Analyse ist eine hochentwickelte Technik, die im Rahmen der Analyse der äußersten Oberfläche und der Untersuchung der chemischen Zusammensetzung von Materialien eine hohe Empfindlichkeit und molekulare Auflösung bietet.
Die TOF-SIMS-Analyse liefert qualitative und semiquantitative Informationen über die vorhandenen Elemente und Moleküle.
Darüber hinaus ist sie eine hochauflösende Bildgebungstechnik, die es ermöglicht, die Verteilung von Elementen und Molekülen an der Oberfläche einer Probe zu kartieren und dabei eine hohe räumliche Auflösung zu erreichen.
Diese Fähigkeit ermöglicht es dem FILAB-Labor, Oberflächenheterogenitäten und Materialgrenzflächen zu verstehen.
SIMS-Analyse und TOF-SIMS-Variante: Hohe Auflösung und gleichzeitige Detektion
Dank ihrer hervorragenden Empfindlichkeit (Nachweisgrenze in der Größenordnung von ppm) ist die SIMS-Analyse (ToF-SIMS) ein hochmodernes technisches Verfahren zur Identifizierung molekularer oder elementarer Spuren an der äußersten Oberfläche. Diese Methode ist ein ideales Werkzeug für das erste Screening: Sie sichert die erste Diagnosestufe ab, bevor bei Bedarf ergänzende, spezifischere Analysen wie XPS zur Vertiefung der Quantifizierung durchgeführt werden.
Unsere Lösungen: die auf Ihre Anforderungen zugeschnittenen TOF-SIMS-Analysetechniken anbieten und schnelle, zuverlässige Ergebnisse liefern
Unsere SIMS- / TOF-SIMS-Analysedienstleistungen
Die Analyse oder Expertise mittels ToF-SIMS der elementaren und molekularen chemischen Zusammensetzung der äußersten Oberfläche einer Probe kann in verschiedenen Kontexten eingesetzt werden:
Chemische Oberflächencharakterisierung für F&E und Prozessoptimierung
Vergleichsstudie zwischen verschiedenen Behandlungen oder Formulierungen
Bestimmung des Vernetzungsgrads eines Plasma-Polymers (Bewertung der Oberflächenfunktionalisierung)
Machbarkeitsstudie für die Implementierung eines Prozesses oder einer Beschichtung
Differenzierung der Siliciumchemie (Si) je nach Oxidationszustand oder durchlaufenen Behandlungen
Kontaminationsanalyse und Oberflächendiagnostik
Identifizierung einer Verschmutzung oder Ablagerung auf der Oberfläche eines Materials (elementare und molekulare Diagnostik)
Delamination einer Beschichtung (Analyse der Bruchgrenzfläche)
Verfärbung von Farbe (Suche nach Verunreinigungen oder chemischen Veränderungen)
Partikelanalyse (lokalisierte chemische Charakterisierung einer Einschluss- oder Ablagerungspartikel)
Funktionale Überprüfung von Oberflächen
Nachweis aller Elemente bis in den ppm-Bereich (Spuren von Verunreinigungen oder Additiven)
Überprüfung der Oberflächenfunktion eines Produkts im Zusammenhang mit seinen Haft- oder mechanischen Verankerungseigenschaften
Qualitative Analyse, um das Vorhandensein oder Fehlen bestimmter funktioneller chemischer Verbindungen sicherzustellen
Untersuchungen von Mehrschichtmaterialien und Tiefenprofilierung
Mehrschichtanalyse (Zusammensetzung, Dicke, Reihenfolge der Dünnschichten)
Profilierung einer organischen Probe mit Argon-Clusterstrahl, wodurch die molekulare Information in der Tiefe erhalten bleibt (bis maximal 3 bis 10 µm)
Hochauflösende elementare und molekulare Analyse
Atomare und molekulare Identifizierung über einen breiten Massenbereich (von 0 bis 10.000 u)
Isotopenanalyse zur Unterscheidung von Isotopen desselben Elements oder zum Nachverfolgen spezifischer Markierungen
Die industriellen Anwendungen der TOF-SIMS-Technik
Die TOF-SIMS-Analysen werden in verschiedenen Branchen wegen ihrer Fähigkeit eingesetzt, die chemische Zusammensetzung von Oberflächen mit hoher Empfindlichkeit und Auflösung zu charakterisieren.
In der Halbleiterindustrie ermöglicht diese Technik die Kontrolle der Reinheit von Materialien und der Struktur von Bauteilen, was sich direkt auf die Leistung und Zuverlässigkeit elektronischer Komponenten auswirkt.
Auch die Medizintechnik profitiert von TOF-SIMS für Oberflächenanalysen, insbesondere an den Oberflächen von Medizinprodukten und in der biologischen Umgebung.
Im Bereich der Materialforschung ermöglicht TOF-SIMS das Verständnis der Oberflächeneigenschaften neuer Verbundwerkstoffe mit gezielt entwickelten Eigenschaften.
Im Bereich der Energie ermöglicht diese Technik die Analyse von Materialien für Batterien und Solarmodule
Betroffene Materialien und Oberflächen
Diese Technik kann auf eine große Vielfalt von Materialien angewendet werden, darunter Polymere, metallische Werkstoffe, Keramiken sowie Verbundwerkstoffe, Folien, Glas und Glasfaser, zahnmedizinische Implantate, … ohne dass eine komplexe Probenvorbereitung erforderlich ist.
Alle leitfähigen und isolierenden Materialien, die unter Ultrahochvakuum stabil sind, können mit ToF-SIMS analysiert werden: Metalle, Legierungen, Halbleiter, Polymere, Lacke, Farben, Klebstoffe, Additive, Tenside, Keramiken, Glas, Holz, Papier, Textilien, Ultrahochvakuum, Dünnschichten…
Wie bewertet man die SIMS-Expertise eines Analyselabors?
Um die SIMS-Expertise (und ToF-SIMS) eines Labors zu bewerten, prüfen Sie die technologische Leistungsfähigkeit seiner hochmodernen Geräte, die Qualifikation seiner Ingenieure und Doktoren für die Interpretation komplexer Oberflächendaten sowie seine Fähigkeit, eine maßgeschneiderte Begleitung anzubieten, die auf Ihre industriellen Anforderungen zugeschnitten ist.
FAQ
Die Analyse der äußersten Oberfläche mittels TOF-SIMS umfasst zunächst die Probenvorbereitung, gefolgt von der Einführung in die Vakuumkammer des Spektrometers. Ein Primärionenstrahl beschießt die Oberfläche und setzt Sekundärionen frei, die anschließend über ihre Flugzeit identifiziert werden, wodurch sich die chemische Zusammensetzung der Oberfläche bestimmen lässt.
Ihr Prinzip besteht darin, die zu analysierende Oberfläche mit einer gepulsten Primärionenquelle (Ga+, Bin+, Au+, C60+, …) zu beschießen, um Sekundärionen aus den ersten monatomaren Schichten der Probe zu erzeugen. Diese Ionen, ob positiv oder negativ, werden anschließend fokussiert und in einen Flugzeit-Analysator beschleunigt, in dem ihre Laufzeit von ihrer Masse abhängt. In Kombination mit einer Scannvorrichtung für den Primärionenstrahl erhält man so eine Kartierung der verschiedenen chemischen Elemente und molekularen Spezies an der Probenoberfläche.
TOF-SIMS kann Elemente in extrem niedrigen Konzentrationen nachweisen, je nach Probenmatrix und experimentellen Bedingungen bis hinunter zu einigen Teilen pro Million (ppm).
Bei einer statischen SIMS-Analyse trifft ein gepulster Primärstrahl nur auf die erste Monolage der Probe.
Im Gegensatz zur dynamischen SIMS-Analyse bleibt dabei die molekulare Integrität der Oberfläche erhalten. Die Moleküle werden lediglich desorbiert oder in mehrere Fragmente zerlegt. Die Sekundärionen, bestehend aus Fragmenten der ursprünglichen Moleküle, werden anschließend mit einem Flugzeit-Spektrometer detektiert. Molekülionen mit einer Masse von bis zu 10 000 u können identifiziert werden und liefern so detaillierte Informationen über die Molekülstruktur organischer Verbindungen.
Die SIMS-Analyse ist eine Labortechnik, mit der sich die Zusammensetzung eines Materials bestimmen lässt, indem dessen Oberfläche mit Ionen beschossen wird. Dieser Beschuss löst Partikel von der Materialoberfläche, die anschließend analysiert werden, um die chemischen Elemente und ihre Mengen zu identifizieren. Diese Methode ist sehr präzise, aber zerstörend, da sie sehr kleine Mengen nachweisen kann und die Probe beschädigen kann.
Die TOF-SIMS (Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry) ist eine fortschrittliche Form der SIMS-Analyse. Sie verwendet einen Flugzeit-Analysator, der die Masse der Sekundärionen anhand ihrer Laufzeit misst. Diese Technik bietet eine sehr hohe Massenauflösung, ermöglicht den gleichzeitigen Nachweis einer großen Anzahl chemischer Spezies und eignet sich besonders für qualitative Analysen, Kartierungen oder auch Tiefenprofilanalysen an komplexen Materialien (Mehrschichtsysteme, organische Materialien, Verunreinigungen …).
Der SIM-Modus (Selected Ion Monitoring) in der Massenspektrometrie besteht darin, nur eine begrenzte Anzahl vordefinierter Ionen zu verfolgen, statt das gesamte Massenspektrum zu analysieren. Dieser Modus ermöglicht es, die Empfindlichkeit und die Spezifität der Analyse für bestimmte Zielverbindungen zu erhöhen. Er ist besonders nützlich, wenn bekannte Substanzen selbst in sehr niedrigen Konzentrationen nachgewiesen oder quantifiziert werden sollen.
Die TOF-SIMS-Analyse ermöglicht es, Spuren von Verunreinigungen zu identifizieren, dünne Schichten zu charakterisieren oder die chemische Homogenität kritischer Oberflächen zu untersuchen. Sie ist besonders nützlich in Bereichen, in denen die Oberflächenqualität die Produktleistung direkt beeinflusst: Mikroelektronik, Biomaterialien, technische Beschichtungen usw.
Eine Verunreinigung kann selbst in Spuren die Haftung einer Beschichtung beeinträchtigen, vorzeitige Korrosion verursachen, eine chemische Reaktion stören oder Fertigungsfehler hervorrufen. Die TOF-SIMS-Analyse ermöglicht es, diese Kontaminanten präzise zu lokalisieren und zu identifizieren.
Ja, TOF-SIMS ist ein zentrales Werkzeug bei Untersuchungen von Nichtkonformitäten. Sie ermöglicht die Analyse sehr lokal begrenzter Bereiche wie Risse, Blasen, Delaminationen oder fehlerhafte Grenzflächen, um deren chemische Ursache zu verstehen.
Ganz genau. Die TOF-SIMS-Analyse ermöglicht ein Tiefenprofil (depth profiling) mit nanometrischer Auflösung, ideal zur Charakterisierung von Dicke, Zusammensetzung und Schichtreihenfolge in Mehrschichtsystemen.
TOF-SIMS kann extrem kleine Bereiche analysieren, bis hin zu wenigen Quadratmikrometern, was sie zu einer idealen Methode für lokale Untersuchungen oder die Analyse spezifischer Defekte macht.
Ja. Im Gegensatz zu anderen Techniken kann die statische TOF-SIMS organische Molekülfragmente erhalten, wodurch die Identifizierung von Polymeren, Schmierstoffen, Additiven, biologischen Rückständen oder anderen organischen Verbindungen möglich wird.
Die SIMS-Analyse umfasst verschiedene Techniken der Sekundärionen-Massenspektrometrie. Die TOF-SIMS (Time-of-Flight SIMS) verwendet einen Flugzeit-Analysator, der eine hohe Massenauflösung und den gleichzeitigen Nachweis aller Sekundärionen ermöglicht, ideal für sehr detaillierte qualitative Analysen und Kartierungen.
TOF-SIMS kann in verschiedenen Phasen eingesetzt werden:
– In der F&E, zur Charakterisierung neuer Materialien oder zur Validierung eines Beschichtungsverfahrens;
– In der Produktionsphase, zur Kontrolle der Oberflächenkonformität;
– In der Post-Mortem-Analyse, zur Untersuchung eines Ausfalls oder eines Qualitätsmangels.
