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Les microscopes

Le ToFSIMS Analyste de haut vol


​Analyser en direct la composition chimique locale des matériaux est l’affaire du « spectromètre à temps de vol » d’ions secondaires. Très utile, cet instrument permet de connaître la pollution chimique de surface d’un échantillon et de distinguer les différents isotopes des atomes qui le constituent. Le ToFSIMS est de plus capable de sonder les échantillons en profondeur.

Publié le 22 mai 2008
VidéoLe ToFSIMS Analyste de haut vol


Le ToFSIMS est un « spectromètre de masse » qui trie les espèces selon leur masse et après les avoir mises en mouvement. Il fabrique donc des ions avec ce qu’il trouve sur l’échantillon.

Puisqu’elles sont chargées, ces particules peuvent recevoir une impulsion électrique. Elles voyagent alors à une vitesse qui dépend de leur masse inertielle : plus cette dernière est élevée, moins ils vont vite. La différence se voit davantage sur une longue distance et c’est ce « temps de vol » qui va les différencier. Le ToFSIMS utilise d’autres ions, comme ceux du bismuth, par exemple. Ils sont pulsés et accélérés afin d’extraire par abrasion les ions – secondaires – de la surface de l’échantillon. Ces ions secondaires sont séparés en fonction du temps qu’ils mettent pour traverser la longueur d’un tube.


Le spectromètre de masse à temps de vol d’ions secondaires
Le spectromètre de masse à temps de vol d’ions secondaires analyse la composition chimique en profondeur. © CEA/DRT/Leti/D2MT



Plus long est le parcours des ions, meilleur est le pouvoir de séparation.

Principe du spectromètre de masse ToFSIMS

Principe du spectromètre de masse ToFSIMS © C. Reyraud


En pratique

Les spectres de masse sont comparés à des spectres de référence réalisés avec des échantillons d’éléments connus. On retrouve la nature des éléments et leur teneur dans la couche de surface examinée.
La précision spatiale est égale à la taille du pinceau d’ions primaires.


Un "scalpel" à faisceau d'ions

Un second faisceau d’ions décape les couches supérieures et le processus d’analyse recommence.
Dans ce faisceau, le césium exalte les ions secondaires négatifs et l’oxygène, les ions secondaires positifs.