Il modo di lavoro del SIMS dinamico si chiama microprobe mode.
Solitamente quando si parla genericamente di SIMS, ci si riferisce al SIMS dinamico essendo il primo a essere stato inventato.
La spettrometria di massa di ioni secondari è generalmente una tecnica distruttiva, poiché interagisce con il campione alterandolo. A seconda dell'intensità del processo di erosione si fa però distinzione tra SIMS dinamico e SIMS statico, nel caso in cui la superficie analizzata non venga modificata durante l'analisi.
Il SIMS dinamico, pur essendo una tecnica distruttiva, ha una maggiore sensibilità e velocità e permette la quantificazione dei risultati. L'interazione del fascio primario (in genere ioni O- oppure Cs+) con il campione avviene in condizioni più riproducibili. Utilizzando ioni primari O- si favorisce la creazione di ioni secondari positivi e lo strato ossidato preesistente sul campione perde la sua influenza. Gli ioni di cesio, l'elemento con il più basso potenziale di ionizzazione, favoriscono la creazione di ioni secondari negativi. In questo modo il SIMS dinamico è meno suscettibile agli effetti di matrice rispetto al SIMS statico.
Una delle applicazioni principali di questa tecnica è quella dell'analisi di semiconduttori, campo nel quale è richiesta un'elevata sensibilità.
Rilevazione di tutti gli elementi e isotopi anche di materiali organici (1÷10.000 amu)
Qualche informazione sui legami chimici
Buona/discreta risoluzione spaziale
Tecnica non distruttiva
Difficile la quantificazione
Alto vuoto (circa 10−9 Pa)
Tempo di analisi: ore
Applicazioni
Le applicazioni più diffuse per la spettrometria SIMS dinamica sono l'acquisizione di profili di profondità e la caratterizzazione di impiantazioni ioniche nell'ambito dell'industria dei semiconduttori.
Grazie alla possibilità di effettuare scansioni con il fascio primario a mano a mano che si penetra in profondità, si possono acquisire informazioni tridimensionali sulla composizione chimica dei campioni. Utilizzando spettrometri a settore magnetico dotati di più rivelatori, è inoltre possibile acquisire profili di profondità per diversi elementi contemporaneamente e con un'elevatissima sensibilità. In questo modo si riescono a caratterizzare anche campioni composti da diversi strati di materiale diverso.
La spettrometria SIMS consente inoltre di acquisire spettri di massa dei campioni analizzati, nonché immagini.
In particolare, tramite i microchannel plate si può avere un'immagine in tempo reale della composizione elementale del campione, mentre tramite scansione si ottengono mappe più accurate. Disattivando il filtro di massa è possibile acquisire immagini topografiche analoghe a quelle ottenute mediante microscopia SEM.
Vantaggi
Svantaggi
Analisi di ioni atomici e molecolari
Sensibile anche agli elementi leggeri
Buona risoluzione in massa (fino a 10.000)
Alta sensibilità (ppma)
Alta risoluzione in profondità (3÷10 nm)
Alta risoluzione laterale (fino a 20 nm)
Buona velocità di acquisizione (da pochi secondi a qualche minuto)
Possibilità di quantificazione
Possibilità di acquisire immagini topografiche (a bassa risoluzione)
Sensibilità limitata da interferenze isotopoche e contaminazioni
Forte dipendenza della sensibilità dalla natura del campione
Necessità di numerosi standard per la quantificazione
Tecnica distruttiva
Necessità di campioni piani per ottenere buone risoluzioni in profondità
Non è possibile analizzare campioni volatili (lavora sottovuoto)
Possibilità di analizzare solo sostanze presenti in traccia (< 1%)
