Im Rahmen des 3DNanoSIMS Projektes soll ein neues State-of-the-Art Flugzeitmassenspektrometer (TOFSIMS) inklusive neuartiger instrumenteller Errungenschaften sowie Erweiterungsmöglichkeiten angeschafft werden.

Hintergrund ist die nanoskalige Charakterisierung anorganischer Materialien mit den Schwerpunkten Halbleitertechnologie, Stahl und Beschichtungstechnologien zur Verbesserung nachhaltiger Produktion und Lebensdauer von Materialien und Komponenten unter Last. Die Materialien unterscheiden sich stark in ihrer Topologie, weshalb es unbedingt erforderlich ist, höchste Massenauflösung und Transmissionen mit topographischen Untersuchungen koppeln zu können. Dafür kommt weltweit nur ein TOFSIMS Gerät in Frage, die M6Plus, der IONTOF GmbH in Münster (DE).

Das Spektrometer soll neben einer hohen Transmission und Massenauflösung (über 20.000) auch über einen großen dynamischen Bereich (sieben Größenordnungen) verfügen (z.B.: für exakte Bestimmung der Isotopenhäufigkeit oder der Quantifizierung bei Cäsiden). Dies ist ausschließlich bei M6 Geräten der IonTOF GmbH gegeben, da sie über den „Extended Dynamic Range“ (EDR) Analysator verfügen.

Das Spektrometer soll über eine leistungsstarke (30 kV) high-end Bi/Mn Cluster-Quelle verfügen, die sowohl hohe Massen, als auch laterale Auflösung (2D und 3D) gewährleistet. Neben technischen Komponenten zur präzisen Einstellung des Primärionenstrahls (z.B. Piezo-kontrollierte Apertur, elektrodynamische Massenseparation der Bi/Mn Cluster, interne Strommessung des Ionenstrahls) soll sie auch separat gepumpt und für die Wartung über ein gesondertes Ventil geöffnet werden können. Dies ist ausschließlich bei Nanoprobe 50 Geräten der Firma IONTOF GmbH gewährleitet und ist in die M6Plus Produktlinie inkludiert.

Das Spektrometer muss auch über eine Argon-Gas-Cluster-Quelle verfügen, die die Option bietet auch mit Sauerstoffclustern Material abzutragen, um Matrixeffekte bei der Messung von bspw. Si/SiO2 Schichten zu minimieren. Diese Option wurde ebenfalls von IONTOF patentiert.

Das Spektrometer muss außerdem über eine Ga-Focused Ionen Strahl Quelle (FIB) verfügen, die die Beobachtung des FIB-Schnittes durch die Bi-Cluster-Quelle während der Erstellung des Schnittes ermöglicht.

Insgesamt muss das TOF-SIMS Gerät mit Bi-Cluster Ionenquelle, Sauerstoff und Cäsium Sputter Quellen, einer dezidierten FIB und einer Gas-Clusterquelle also über fünf unabhängig Ionenquellen verfügen, was durch die M6Plus gewährleistet ist.

Um die TOFSIMS Analysen mit der Topographie der Materialien korrelieren zu können, muss ein Rasterkraftmikroskop (SFM) eingebaut sein, das mit einer Kelvin-Probe kombiniert werden kann, sich im Ultrahockvakuum-System befindet und mit dem Manipulator präzise angefahren werden kann (Scanbereich: 80 µm x 80 µm x 10 μm (XYZ)). Um die Elementverteilung mit der Topologie der Probenoberfläche zu vergleichen, darf die Abweichung zwischen Sekundär-Ionenverteilung und SFM-Bild weniger als 1µm betragen. IONTOF ist mit der M6Plus Produktlinie weltweit der einzige Anbieter für diese Option.