Programme R&D 2022 de TESCAN ANALYTICS : Acquisition de la technologie EDR pour notre ToF-SIMS

TESCAN ANALYTICS propose depuis ses débuts des analyses de caractérisation par ToF-SIMS. Après avoir ajouté un module d'azote liquide permettant le refroidissement de l'échantillon avant ou lors de l'analyse, afin de conserver les molécules sensibles au vide à la surface de l'échantillon, notre ToF-SIMS continue sa montée en puissance.

Une des problématiques analytiques récurrentes rencontrées en ToF-SIMS est la semi-quantification des concentrations chimiques des éléments dont l’intensité atteint le niveau de saturation du détecteur.

Ceci est le cas par exemple des alcalins dans les verres inorganiques ou du silicium dans les composants électroniques.
Une façon de résoudre ce problème consiste à diminuer l’intensité des ions primaires afin d’éviter la saturation du détecteur. Cette solution s’accompagne toutefois d’une perte de sensibilité sur les éléments présents en traces, sensibilité qui est un des points forts de la technique ToF-SIMS. Ce compromis ne constitue donc pas une option analytiquement acceptable.

Pour solutionner cette problématique, une nouvelle technologie brevetée et commercialisée par la société IONTOF, fabricant d’instruments innovants pour l’analyse de surface des matériaux, permet d’étendre d'un facteur 100 la plage dynamique de comptage des ions secondaires tout en conservant une réponse linéaire du système de détection : technologie EDR pour ‘Extended Dynamic Range’. 

Dans le cadre de son programme de R&D 2022, TESCAN ANALYTICS a effectué un investissement de plusieurs centaines de milliers d'euros pour l’acquisition de cette technologie. L’EDR a été implémenté avec succès cet été sur notre spectromètre ToF-SIMS et notre équipe d'experts développe actuellement de nouvelles méthodologies d’analyse.

En prenant comme exemple l’analyse d’un Wafer de Silicium avec et sans EDR (cf graphique 1) :

• sans EDR, le profil du silicium se trouve dans la zone de saturation, son intensité est ainsi sous-estimée ce qui induit une perte d’information.
• avec EDR, la zone de saturation a été repoussée pour le silicium, son profil n’est plus saturé et ceux des autres ions comme le SiO⁺ restent inchangés.

Les résultats des analyses obtenus par ToF-SIMS équipé de l'EDR (surface et profils en profondeur) seront confrontés aux résultats d’analyses XPS, acquis sur les mêmes échantillons, afin de développer des méthodes de semi-quantification des concentrations des éléments du verre, en extrême surface et en profondeur.
Des échantillons de verre de différentes compositions et ayant subi diverses traitements de surface seront analysés. Ces méthodologies seront transposées à d'autres matériaux (semiconducteurs, thermoconducteurs, céramiques, polymères...).