Bombardement ionique O‾, F‾, Br‾ et l‾ en SIMS : génération par duoplasmatron et étude du potentiel analytique

Ionic O‾, F‾, Cl‾, Br‾ and I‾ bombardment in SIMS : generation via duoplasmatron and study of the analytical potential

• Auteur / Autrice : Lex Pillatsch
• Direction : Hubert Scherrer, Tom Wirtz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science et ingénierie des matériaux et métallurgie
• Date : Soutenance le 28/10/2010
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
• Ecole(s) doctorale(s) : EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean Jean Lamour (Nancy ; Vandoeuvre-lès-Nancy ; Metz)
• Jury : Président / Présidente : Henri-Noël Migeon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hubert Scherrer, Tom Wirtz, Henri-Noël Migeon, Camille Ripoll, Günter Borchardt, Pierre Seck
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Camille Ripoll, Günter Borchardt

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pulvérisation

Spectrométrie de masse des ions secondaires

Mots clés libres

Sims

Duoplasmatron

Brillance

Rendement de pulvérisation

Concentrations surfacique

Rendement utile

Sims

Duoplasmatron

Brightness

Sputtering yield

Surface concentration

Useful yield

Résumé

SIMS est une technique d'analyse sensible de la surface. La probabilité d'ionisation dépend de l'état chimique de la surface. La génération des ions positifs est améliorée par le bombardement de la surface avec des éléments électronégatifs.Sur le NanoSIMS 50 de CAMECA, dont la configuration optique nécessite une polarité opposée entre ions primaires et secondaires, l'analyse des ions positifs se fait sous bombardement d'ions O-, générés dans un duoplasmatron. La faible brillance de la source en mode O- a comme conséquence une faible résolution latérale des analyses. Pour y remédier, nous avons étudié la possibilité de générer d’autres faisceaux d’ions primaires négatifs. Dans cet objectif, nous avons étudié la génération par duoplasmatron d'ions F-, Cl-, Br- et I- en fonction du champ magnétique, du courant d'arc et de la pression totale des gaz. Le courant d'ions et le diamètre du faisceau ont été mesurés afin de déterminer la brillance de la source en mode F-, Cl-, Br- et I-. Une brillance 5 fois plus élevée en mode F- qu'en mode O- a été déterminée.En utilisant les faisceaux F-, Cl-, Br- et I-, le rendement de pulvérisation, la concentration d'ions primaires implantés et le rendement utile ont été mesurés pour des semi-conducteurs et des métaux. Suite à une faible concentration en halogène à la surface des semi-conducteurs, résultant des processus de décapage, le rendement utile sous bombardement halogène était plus faible que sous bombardement O-. Pour les métaux (p.ex. Ni, Cu et Ag) par contre, une amélioration du rendement utile sous bombardement halogène jusqu'à deux ordres de grandeurs, comparé au bombardement O-, a été mesurée

Secondary Ion Mass spectrometry (SIMS) is a powerful surface analysis technique. The ionisation probability strongly depends on the chemical surface state. The generation of positive secondary ions can be enhanced by surface bombardment with electronegative elements.Due to the optical configuration of the CAMECA NanoSIMS 50, that necessitates an opposite polarity of incoming and ejected ions, analyses of positive ions are realized with primary O- ions, generated in a duoplasmatron ion source. As a consequence of the low O- brightness of the duoplasmatron source, the lateral resolution of the analyses on the NanoSIMS 50 is not satisfactory in the positive secondary mode. In this work, we studied the feasibility of different alternative negative primary ion beams. We investigated the possibility of F-, Cl-, Br- and I- ion generation with a duoplasmatron as a function of the source parameters, notably the magnetic field strength, the arc current and the total gas pressure. The ion current and the beam diameter were measured in order to determine the F-, Cl-, Br- and I- brightness of the source. A comparative study with the O- brightness demonstrates an increase of the F- brightness by a factor of 5.By using the F-, Cl-, Br- and I- bombardment, the sputtering yield, the concentration of implanted primary ions and the useful yield of different semi-conductor and metal samples were analysed. As a consequence of a low halogen concentration, related to etching effects, no enhancement of the useful yield could be noticed for the semi-conductors. For metals however (e.g. Ni, Cu and Ag), useful yield enhancements by up to a factor of 100 compared to the O- bombardment could be demonstrated