飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）是一种表面分析技术，可将初级离子的脉冲束聚焦到样品表面上，在溅射过程中产生二次离子。分析这些二次离子可提供有关表面上存在的分子，无机和元素物质的信息。

例如，如果表面吸附有有机污染物，例如油，TOF-SIMS会揭示此信息，而其他技术可能不会，特别是在非常低的水平上。由于TOF-SIMS是一种调查技术，因此通常可以检测到元素周期表中的所有元素，包括H。

此外，该分析可以提供质谱信息;整个样本中 XY 维度中的图像信息;以及样品中 Z 方向的深度剖面信息。

TOF-SIMS是 智能图表并且是一种非常表面敏感的技术，可提供具有出色检测限的完整元素和分子分析

原则

飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS），也称为静态SIMS，是一种广泛用于表征表面和表面污染物的技术。它与动态SIMS密切相关，后者使用恒定的初级离子束在几分钟内将溅射陨石坑蚀刻到样品中。相比之下，TOF-SIMS使用脉冲离子束，在分析的时间尺度上不会显着溅射蚀刻或损坏样品表面。这种无损伤使其成为分析表面元素（元素周期表中大多数元素）和分子物种存在的理想技术，采样深度非常浅（1-2nm）。结合飞行时间质谱仪，该技术可提供出色的测量能力，灵敏度在百万分之一（ppm）范围内。TOF-SIMS仪器中使用的初级离子束（通常69加或197Au）可以聚焦到亚微米尺寸，这意味着该技术可用于分析1μm至500μm范围内的特征。导电和绝缘样品都可以成功分析。

飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）的工作原理是将聚焦的初级离子脉冲束光栅穿过感兴趣的区域，从而发射二次离子，这是样品顶部几个单层中存在的材料的特征。通过精确测量检测到的离子的质量，可以识别它们并与样品表面上存在的化学物质相关联。获得的数据可以是质谱的形式，也可以是特定物种的离子图像。如果该技术与离子溅射（使用相同的初级离子枪或使用额外的Cs，O或Ar簇离子束）一起完成，也可以获得深度剖面。

表面灵敏度

TOF-SIMS的表面敏感性使其成为解决问题的良好第一步，可以概述样品中存在的物种类型。 然后可以使用其他技术来获得附加信息。 TOF-SIMS也是一种能够检测到比传统物种低得多的物种的技术 表面分析 诸如的技术 XPS 以及 俄歇电子能谱（AES，Auger）。

康派斯已提供 时间 - 飞行 二次离子质谱在商业上比任何其他公司都要长，我们的专业知识是首屈一指的。 这对于 TOF-SIMS 尤其重要，因为其中的数据集可能极其复杂，并且可能需要比其他方法更多的解释或数据处理。 TOF-SIMS 的成像能力可以提供来自微米级缺陷和颗粒的元素和分子信息。 TOF-SIMS 还可用于深度剖析并补充动态 SIMS。 剖面分析的优势在于其小区域功能以及无需选择特定感兴趣元素即可进行测量深度剖面的能力。 最近，簇离子束能够对有机材料进行分析，同时保持结构上的重要信息。

在康派斯，我们使用TOF-SIMS帮助客户进行质量控制，故障分析，故障排除，过程监控以及研发。 例如，我们在研究晶圆表面污染问题时提供的信息可以帮助确定问题的具体来源，例如泵油或部件除气，或者它可能表明晶圆加工步骤本身存在问题（例如蚀刻残留物）。 我们确保您在整个过程中提供个人对个人服务，以便您充分了解测试结果及其含义。

典型数据

显示有机硅污染的氟碳薄膜。

干净的氟碳薄膜，不含硅胶。

与清洁晶片相比，受污染的硅晶片上铁 （Fe） 的高质量分辨率光谱。

理想用途

TOF-SIMS具有出色的表面灵敏度、分析有机材料和其他绝缘体的能力、出色的检测限以及提供元素和分子信息的能力，是解决以下类型应用的理想技术：

• 有机和无机材料的表面分析
• 有机和元素材料的表面表征
• 绘制表面物种的横向分布图
• 污染物识别（元素或分子种类的ppm范围）
• 晶圆表面金属的定量分析
• 失效分析，例如：附着力、粘合垫、涂层
• 清洁过程评估（质量保证/质量控制）
• 识别污渍、变色和雾霾
• 在加工前后检查表面以识别差异
• 比较在不同环境中处理或储存的样品，以确定表面变化
• 表面元素和分子的成像
• 在分层、起泡、去湿、染色、雾化等情况下进行故障和根本原因分析
• 调查深度剖析

优势强项

• 表面敏感;前几个单层
• 检测限在 ppm 范围内
• 调查分析
• 调查深度剖面图
• 元素和分子信息
• 可以分析绝缘体和导体
• 成像模式下可实现亚微米级空间分辨率
• 在某些应用中可能的主要元素组成

缺点限制

• 如果没有大量的校准，绝对定量是困难的
• 可能过于表面敏感，因此仔细的样品处理/包装很重要
• 样品必须与真空兼容
• 数据集可能很复杂

技术比较

具有类似分析深度或应用的其他表面分析工具包括X射线光电子能谱（XPS），俄歇电子能谱（AES）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）。XPS提供通常使用TOF-SIMS无法直接获得的定量浓度和化学键信息。AES可以为元素物种提供更好的空间分辨率图像，但灵敏度较差。FTIR可以提供互补的有机信息，并具有更大的信息深度和对商业图书馆光谱的访问。这可能使FTIR成为识别宏观材料量的更好选择，其中极端表面信息可能不是主要兴趣。

技术规格

• 检测到的信号：元素和分子离子
• 检测到的元素：完整的元素周期表覆盖，加上分子种类
• 检测限：单层的分数，107– 1010在/厘米处2（半导体上的金属），深度剖面中的体积浓度低至 1 ppm
• 深度分辨率：1-3 个单层（静态模式），低至 1 nm（深度剖析）
• 信息深度：低于 1 nm（静态模式），最高 10 μm（深度剖析）
• 成像/映射：是
• 横向分辨率/探头尺寸：低至 0.2 μm

康派斯实验室在各地拥有多种TOF-SIMS仪器。其中一些仪器包含特殊功能，例如大型样品台或样品冷却，用于在真空中分析半挥发性材料。我们的TOF-SIMS经验是无与伦比的，我们的许多TOF-SIMS专家在一系列行业和应用中拥有超过10年的TOF-SIMS实践经验。

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