應(yīng)用分享 | FIB-TOF‖高效的TOF-SIMS深度分析

聚焦離子束（Focused Ion beam，簡(jiǎn)稱(chēng)FIB）技術(shù)是利用靜電透鏡將離子束聚焦成非常小尺寸的顯微切割技術(shù)。離子束轟擊樣品時(shí)，其動(dòng)能會(huì)傳遞給樣品中的原子/分子，產(chǎn)生濺射效應(yīng)，從而達(dá)到不斷蝕刻，進(jìn)而切割樣品的效果。FIB對(duì)固體局部區(qū)域內(nèi)進(jìn)行高精度的切割和加工后，借助飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜儀（Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry，簡(jiǎn)稱(chēng)TOF-SIMS），就能實(shí)現(xiàn)對(duì)該區(qū)域的原位、高靈敏度的化學(xué)成分分析，從而獲取樣品“由表及里”的豐富的化學(xué)信息。

FIB-TOF功能介紹

PHI nanoTOF儀器可以通過(guò)FIB-TOF來(lái)實(shí)現(xiàn)截面樣品的制備和化學(xué)分析，有以下兩種方法：
方法一：PHI nanoTOF儀器利用配備的Ga源FIB配件進(jìn)行FIB處理。經(jīng)過(guò)Ga源進(jìn)行精確的FIB加工后，隨后直接進(jìn)行TOF-SIMS分析（見(jiàn)圖1a）。值得一提的是，在Ga源進(jìn)行FIB加工時(shí)，還能獲取FIB加工區(qū)域的3D影像；此外，Ga源還可以作為T(mén)OF-SIMS分析源（即一次離子源）進(jìn)行TOF-SIMS分析。

方法二：對(duì)于新的型號(hào)的PHI nanoTOF3+儀器，作為初級(jí)離子源的液態(tài)金屬離子源，還可兼具FIB功能，利用同一離子源就能夠完成對(duì)樣品進(jìn)行截面加工和橫截面的TOF-SIMS分析。如圖1b和1c所示，通過(guò)PC端控制，用戶可以輕松、快速地完成從FIB處理到TOF-SIMS分析的全過(guò)程。此外，PHI nanoTOF3+還支持在冷卻條件下進(jìn)行FIB加工。

圖1. FIB-TOF工作的示意圖

FIB-TOF的應(yīng)用

FIB-TOF技術(shù)適用于對(duì)具有三維結(jié)構(gòu)或組分復(fù)雜（如合金）樣品的深度分析。如圖2a和2b所示，首先利用FIB準(zhǔn)確切割樣品，然后采集斷面上的TOF-SIMS二維圖像，實(shí)現(xiàn)直觀且迅速地獲取樣品“由表及里”深度方向上的組分的分布情況。表格中對(duì)比了Bi離子和Ga離子對(duì)幾種典型材料的磨削速率（Milling Rate）（見(jiàn)2c）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，無(wú)論是無(wú)機(jī)非金屬材料還是硬度較高的合金，

FIB加工均展現(xiàn)出良好的適用性；另一方面也表明了同樣大小的離子束條件下，Bi離子的磨削速率高于Ga離子。

圖2. 石墨a)、Cu-W合金b)的FIB-TOF圖像；c) Bi和Ga離子對(duì)各種材料的Milling Rate對(duì)照表。

全新升級(jí)的PHI nanoTOF3+配備了先進(jìn)的液態(tài)金屬離子設(shè)備以及已有的TRIFT分析器，性能得到大力提升！它具備優(yōu)于50 nm的空間分辨率，能夠?qū)崿F(xiàn)寬帶通能量和寬立體接受角的高靈敏度質(zhì)譜分析。此外，液態(tài)金屬離子設(shè)備還可選配FIB功能，使得原位FIB-TOF技術(shù)成為研究復(fù)雜結(jié)構(gòu)以及微區(qū)特征樣品的強(qiáng)大工具。PHI nanoTOF3+可被廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、新能源、半導(dǎo)體、電子器件制造等領(lǐng)域，為科研和工業(yè)界帶來(lái)的分析體驗(yàn)。