Analyses quantitatives par SIMS dans le mode secondaire négatif

Quantitative SIMS analyses for negative secondary ions

• Auteur / Autrice : Patrick Philipp
• Direction : Hubert Scherrer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science et ingénierie des matériaux
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL

Mots clés

Mots clés contrôlés

Césium

Spectrométrie de masse des ions secondaires

Résumé

La spectrométrie de masse des ions secondaires (SIMS) présente de nombreux avantages comme une bonne sensibilité et une excellente résolution en masse, mais elle connaît également un gros inconvénient : l'effet de matrice. La probabilité d'ionisation des ions secondaires analysés dépend de la composition de l'échantillon et la quantification est seulement possible si la composition est connue. Afin de contourner ce problème, la CMS (Cation Mass Spectrometer) a été développée au laboratoire. Pour les ions secondaires négatifs, l'installation d'un évaporateur de césium neutre Cs° permet de garantir un bon contrôle de la concentration surfacique en Cs. Lors de cette thèse, le contournement de l'effet de matrice, respectivement le gain en sensibilité ont été étudiés à l'aide de différents échantillons. Ces échantillons ont été soumis au bombardement Xy+ et au dépôt simultané de Cs°. Ainsi, l'effet de la concentration en Cs sur la formation des ions secondaires a pu être étudié. De plus, les variations du rendement utile et du travail de sortie électronique en fonction de la concentration en Cs ont permis de vérifier la validité du modèle à effet tunnel électronique. En parallèle, le dépôt de césium (résultats de la littérature) a pu être comparé au dépôt de césium neutre avec irradiation ionique simultanée (résultats expérimentaux). L'utilité de la technique développée est montrée à l'aide de plusieurs applications.

Secondary Ion Mass Spectrometry presents many advantages like high sensitivity and excellent mass resolution, but also a major deficiency which is the lack of quantification due to the matrix effect: the ionization probability of secondary ions depends on the sample composition such that quantification is only possible for a known surface composition. To overcome this problem the Cation Mass Spectrometer has been developed in our laboratory. This instrument is equipped with a neutral cesium Cs° evaporator to enable an excellent Cs surface concentration control over the whole range and increase the negative secondary ion ionization probability. In this PhD work, avoiding the matrix effect, respectively increasing the analysis sensitivity are studied by Xy+ bombardment and simultaneous Cs° deposition on different substrates and for various bombardment conditions. In that way the influence of the Cs surface concentration on negative ion formation can be clarified. What's more, useful yield and electron work function variations with respect to Cs surface concentrations allow to discuss the validity of the electron tunneling model and to compare Cs° deposition alone (results from literature) to Cs° deposition with simultaneous ion irradiation (experimental results). The usefulness of the developed technique is shown by several applications.