Tiefenprofilanalyse mit SIMS

Bei der Sekundärionenmassenspektrometrie (SIMS) wird die Probenoberfläche von einem Ionenstrahl Lage für Lage abgetragen. Ein Massenspektrometer ermöglicht die chemische Charakterisierung des abgetragenen Materials.

Die Vorteile

  • Quantitative Konzentrations-Tiefenprofile im Bereich weniger Nanometer bis 10 Mikrometer Tiefe oder mehr
  • Chemische Untersuchung von Grenzflächen und Oberflächen
  • Nachweis von Spurenelementen mit sehr hoher Empfindlichkeit (< 1 ppm)
  • Nachweis aller Elemente (auch Wasserstoff)
  • Erstellung von Tiefenprofilen auch auf technischen Objekten wie Bauteilen oder Werkzeugen

Die Kalibrierung der Konzentrationen ist bei der Sekundärionenmassenspektrometrie eine besondere Herausforderung, da die Rohintensitäten durch Matrixeffekte um viele Größenordnungen schwanken können. Möglich wird sie durch Verwendung der CsCluster Methode und durch einen Fundus von über 300 verschiedenen Eichmaterialien, die als angepasste Kalibrierstandards verwendet werden. Besonders viel Erfahrung besteht im Bereich tribologischer Schutzschichten (DLC, Metall-DLC, Nitride, Carbide, etc.) und optischer Vielschichtsysteme mit metallischen und oxidischen Schichten im Bereich weniger Nanometer Dicke. Anwendungen kommen aus allen Bereichen des Maschinen- und Werkzeugbaus, der Automobilindustrie, der Glasbeschichtungsindustrie sowie den Bereichen dekorative Schichten und Konsumgüter.

SIMS-Tiefenprofil einer Verschleißschutzschicht

SIMS-Tiefenprofil einer Verschleißschutzschicht
© Fraunhofer IST

Verschleißschutzschicht bestehend aus einer Ti-Haftschicht, einer TiN-Zwischenschicht, einem gestuften TiNC-Gradienten und einer TiCN(H)-Funktionsschicht.

SIMS Tiefenprofil einer Wärmedämmschicht auf Architekturglas

SIMS Tiefenprofil einer Wärmedämmschicht auf Architekturglas
© Fraunhofer IST

Doppel Ag Low-E-Schichtsystem aus verschiedenen oxidischen und metallischen Schichten mit Dicken zwischen 3 und 30 nm.

Wasserstoff Bestimmung in DLC-Schichten

SIMS-Profil DLC
© Fraunhofer IST

Die mechanischen- und tribologischen Eigenschaften von Diamond Like Carbon (DLC) Schichten werden durch den Wasserstoffgehalt der Kohlenstoff-Deckschicht bestimmt. Mittels SIMS kann dieser H-Gehalt quantitativ bestimmt werden.

Tiefenprofilanalyse auf gewölbten Oberflächen

Ortsabhängige Variation des Einfallswinkels bei gewölbten Oberflächen.
© Fraunhofer IST

Ortsabhängige Variation des Einfallswinkels bei gewölbten Oberflächen.

Mittels SIMS lassen sich die Tiefenprofile von gewölbten Oberflächen quantifizieren. Dabei kommt einer extrem sorgfältigen Justage der Messposition eine besondere Bedeutung zu.

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