Brenner, F. (2012). Influences of Cs+ sputter energy and Bi cluster size on MCs+ secondary ion yields [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. http://hdl.handle.net/20.500.12708/161064
MCs+/Cs+ sputter energies/Bi cluster size/MCs+ ion yields/reduced matrix effects/silicon wafers
en
Abstract:
Neben vielen Vorteilen wie einer hohen Oberflächensensitivität und einer guten Massenauflösung, leidet TOF-SIMS unter dem großen Nachteil der hohen Matrixabhängigkeit, welche eine quantitative Analyse nicht zulässt. Außerdem lassen sich Tiefenprofile und Oberflächenbilder aufgrund von ungewöhnlichen Signalverläufen manchmal schwer interpretieren. Um diesen Nachteil zu umgehen haben sich wissenschaftliche Arbeiten mit der Detektion von sogenannten Caesiden beschäftigt. Diese MCs+ Cluster Ionen entstehen durch eine Rekombination knapp über der Oberfläche und sollen somit eine geringere bzw. keine Matrixabhängigkeit zeigen. Leider sind die meisten Artikel zu diesem Thema veröffentlicht worden, bevor die neueste Generation von Bi Liquid Metal Ion Guns auf den Markt gekommen ist. Diese bieten den großen Vorteil, dass sie dazu fähig sind neben Bi+ Primärionen auch Cluster, wie z. B.: Bi3+, Bi5+ und doppelt geladene wie Bi++ oder Bi3++ Ionen zu emittieren. Die folgende Arbeit bietet neue Einblicke bezüglich des Einflusses von Primärclustergröße und unterschiedlichen Cäsium Sputterenergien auf die MCs+ Ionenausbeute. Dies wurde zuerst an herkömmlichen Siliziumwafern und in Folge auch an unterschiedlichen siliziumbasierenden Materialen (SiO2, Si3N4 und SiON) erforscht. Aus den Ergebnissen konnte ein linearer Zusammenhang zwischen der Cs+ Sputterenergie und der Sekundärionenausbeute von MCs+ für unterschiedliche Cluster ermittelt werden.<br />Anschließend wurden Tiefenprofile von unterschiedlichen Systemen aufgenommen, um eine sichtbare Reduktion von sauerstoffbedingten Matrixeffekten am Interface durch die Detektion von Caesiden zu zeigen.<br />Die Ergebnisse zeigen, dass sich schwere Cluster (Bi3+, Bi5+) gut für die Analyse von MCs+ eignen, da sie eine höhere Ausbeute mit stark reduzierten Matrixeffekten zeigen. Diese neuen Erkenntnisse könnten einen neuen Anstoß im Bereich der quantitativen TOF-SIMS Analyse mit Hilfe von Caesiden bieten.
de
Although TOF-SIMS is a very surface sensitive analysis method, it suffers from the huge disadvantage of a great matrix dependency, thus making it hard to quantify observed signals directly. Furthermore matrix effects make it difficult to interpret depth profiles or surface images correctly. A good way to circumvent this problem is described in the literature suggesting the detection of MCs+ cluster ions, which are formed due to recombination above the surface during the sputtering process. As a consequence of this formation mechanism they are believed to be almost matrix independent. Unfortunately most of the literature was published before the newest generation of primary ion sources were introduced. An advantage of the bismuth liquid metal ion gun is the great ability to form cluster ions like Bi3+, Bi5+ or even doubly charged ions like Bi++ or Bi3++. The following work gives some new insights regarding the influence of sputter energy and primary ion cluster size on MCs+ yields. First of all the influence of primary ion bombardment on the emission of secondary ion yields of MCs+ has been carried out by analysing an ordinary silicon wafer with different Cs+ sputter energies. Later on the obtained information was used to investigate several silicon-based wafers like SiO2, Si3N4 and SiON. It appeared that a linear dependency for several clusters, between sputter energy and secondary ion yield exists. Subsequently depth profiles of different layered systems have been measured to show a visibly reduction of matrix effects at the interfaces. Therefore samples were produced and analysed conventionally as well as by detecting MCs+ species. The results indicate an obvious advantage of heavier primary ion clusters compared to lighter ones. This new understanding of the influence of primary ion clusters on MCs+ yields and an associated almost matrix independent TOF-SIMS analysis, could lead to new approaches concerning MCs+ determination.