一种用于飞行时间二次离子质谱分析的超薄有机膜层的制样及分析方法技术

本发明专利技术提供一种用于飞行时间二次离子质谱分析的超薄有机膜层的制样及分析方法，所述制样方法包括以下步骤：向分布有待测超薄有机膜层的载体表面滴加有机溶剂，待有机溶剂挥发，形成在显微镜下可观察的浓缩区域，完成对超薄有机膜层的制样。在本发明专利技术中，根据相似相溶的原理，有机溶剂可以将待测超薄有机膜层溶解，待有机溶剂挥发后，有机膜层的有机物浓缩，从而可以得到密度更大的有机膜层，当将其用于飞行时间二次离子质谱分析时，可以提高得到分子离子的几率。并且，采用本发明专利技术的制样方法，有机溶剂并不会破坏有机膜层的分子结构、分子质量数，因此，不会对质谱分析结果有所影响。不会对质谱分析结果有所影响。不会对质谱分析结果有所影响。

【技术实现步骤摘要】
一种用于飞行时间二次离子质谱分析的超薄有机膜层的制样及分析方法


[0001]本专利技术属于分析检测
，涉及微电子、小硬盘技术、半导体芯片领域、失效分析与新材料表征方法，特别涉及微器件表面超薄聚合物涂层的分析测试手段的样品制备及二次离子质谱分析方法，具体涉及一种用于飞行时间二次离子质谱分析的超薄有机膜层的制样及分析方法。

技术介绍

[0002]飞行时间二次离子质谱(TOF
‑
SIMS)是分析固体样品表面大分子或聚合物的有效先进分析方法，它利用原级主离子束轰击样品表面产生的二次离子，得出大分子或者聚合物高聚态分子离子，以及他们的碎片离子，以推测出大分子分子量或组分结构或表面形态，所以通过二次离子质谱得到分子离子在分析中变得非常重要(参见非专利文献1和非专利文献2)。
[0003]但不是所有表面材料的二次离子质谱都能得到原分子离子峰，反而在多数情况下得到的是原分子的碎片质谱峰。一个主要原因是原级主离子束轰击表面材料的同时也将表面的分子解离成小分子或者碎片离子，如果这时样品是非常薄的超薄膜样品(1到几纳米)，例如润滑油(1纳米)，润滑油是一种高分子聚合物材料，附在被润滑表面只有几个纳米的厚度，表面覆盖率低于100％(参见非专利文献3)，这时原级主离子束的扫描范围(例如100微米直径)内聚合物呈分散状态，密度低，得到的二次离子中的分子离子或者大分子离子的几率更加小，在实际测试中几乎很难得到分子离子质谱峰或者大质量分子质谱峰，这对表征润滑油分子材料带来很大的困难。另一方面，飞行时间二次离子质谱的探测器是多通道电子倍增器，相对于小分子，大分子的探测效率迅速减小，在实际分析中的聚合物分子离子一般都在较大的质量数(几百到几万原子量单位)，这也是质谱中探测分子离子的另外一个困难所在。
[0004]即，在现有的采用飞行时间二次离子质谱对聚合物材料进行分析时，当聚合物材料的厚度仅为1
‑
5nm时，往往由于聚合物材料厚度太小，而不能成功分析。
[0005]因此，在本领域中，期望开发一种用于飞行时间二次离子质谱分析的超薄有机膜层的制样方法。
[0006]非专利文献1：“ToF
‑
SIMS characterisation of ultra
‑
thin fluorinated carbon plasma polymer films”，Surface and Coatings Technology,Volume 200,Issues 1
‑
4,1October 2005,Pages 334
‑
340,M.von Gradowskia,B.Jacobya,H.Hilgersa,J.Barzb,M.Wahlc,M.Kopnarski。
[0007]非专利文献2：“Polymer surface structures determined using ToF
‑
SIMS”，Rev Anal Chem 2014；33(1):11
‑
30,Chi
‑
Ming Chan,Lu
‑
Tao Weng and Yiu
‑
Ting R.Lau。
[0008]非专利文献3：“Mobility of Zdol lubricant thin film on carbon overcoat surfaces”,IEEE Trans.Magn.Vol.37,no.4,1833
‑
1835(2001),Lei Zhu,Tom Liew。

技术实现思路

[0009]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种用于飞行时间二次离子质谱分析的超薄有机膜层的制样及分析方法。本专利技术提供的制样方法适用于超薄膜层有机物薄膜，倾向于表面分布不连续或者表面覆盖率小于100％的高分子聚合物，制样完成后，可使用飞行时间二次离子质谱对其进行质谱分析。
[0010]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0011]第一方面，本专利技术提供一种用于飞行时间二次离子质谱分析的超薄有机膜层的制样方法，所述制样方法包括以下步骤：
[0012]向分布有待测超薄有机膜层的载体表面滴加有机溶剂，待有机溶剂挥发，形成在显微镜下可观察的浓缩区域，完成对超薄有机膜层的制样。
[0013]在本专利技术中，根据相似相溶的原理，有机溶剂可以将待测超薄有机膜层溶解，待有机溶剂挥发后，有机膜层的有机物浓缩，从而可以得到密度更大的有机膜层，当将其用于飞行时间二次离子质谱分析时，可以提高得到分子离子的几率。并且，采用本专利技术的制样方法，有机溶剂并不会破坏有机膜层的分子结构、分子质量数，因此，不会对质谱分析结果有所影响。
[0014]本专利技术提供的样品制备方法简单有效，可以使得在飞行时间二次离子质谱分析中更灵敏地探测到大分子离子质谱，此外，本专利技术的制样成功率非常高。
[0015]本专利技术提供的用于飞行时间二次离子质谱分析的超薄有机膜层的制样方法示意图如图1所示。
[0016]优选地，所述待测超薄有机膜层的厚度为1～5nm，例如1nm、1.5nm、2nm、2.5nm、3nm、3.5nm、4nm、4.5nm或5nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0017]在现有的飞行时间二次离子质谱分析方法中，无法成功对厚度为1～5nm的超薄有机膜层进行分析，而采用本专利技术提供的制样方法进行制样后，可以成功对其进行飞行时间二次离子质谱分析。
[0018]优选地，所述待测超薄有机膜层的材质包括但不限于润滑油。本专利技术所述待测超薄有机膜层还可以为微电子、小硬盘、半导体等微器件表面的杂质。
[0019]优选地，所述有机溶剂可以将超薄有机膜层溶解。
[0020]优选地，所述有机溶剂包括但不限于异丙醇(IPA)、丙酮或十氟戊烷(Vertrel)中的任意一种或至少两种的组合。本专利技术所述有机溶剂只要可以将待测超薄有机膜层进行溶解即可。
[0021]需要说明的是，本专利技术的有机溶剂为化学级洁净的有机溶剂。
[0022]优选地，所述有机溶剂的滴加量为一滴。需要说明的是，本专利技术对有机溶剂的滴加量并不作具体限制，例如，“一滴”可以采用细针筒进行滴加，也可以采用普通胶头滴管进行滴加，具体滴加多少取决于实际需要，所遵循的原则为，有机溶剂可以将待测样品进行溶解，并且有机溶剂又能较快地挥发完全即可。
[0023]优选地，所述挥发在室温下进行。
[0024]优选地，所述浓缩区域的直径为20～150μm，例如20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm或150μm等，但并不仅限于所列举的数值，
该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0025]优选地，所述浓缩区域的面积为所述待测超薄有机膜层面积本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于飞行时间二次离子质谱分析的超薄有机膜层的制样方法，其特征在于，所述制样方法包括以下步骤：向分布有待测超薄有机膜层的载体表面滴加有机溶剂，待有机溶剂挥发，形成在显微镜下可观察的浓缩区域，完成对超薄有机膜层的制样。2.根据权利要求1所述的制样方法，其特征在于，所述待测超薄有机膜层的厚度为1～5nm。3.根据权利要求1或2所述的制样方法，其特征在于，所述待测超薄有机膜层的材质包括润滑油。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的制样方法，其特征在于，所述有机溶剂可以将超薄有机膜层溶解；优选地，所述有机溶剂包括异丙醇、丙酮或十氟戊烷中的任意一种或至少两种的组合。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的制样方法，其特征在于，所述有机溶剂的滴加量为一滴。6.根据权利要求1
‑
5中任一项所述的制样方法，其特征在于，所述挥发在室温下进行。7.根据权利要求1
‑
6中任一项所述的制样方法，其特征在于，所述浓缩区域的直径为20～15...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱雷，华佑南，李晓旻，
申请(专利权)人：胜科纳米苏州股份有限公司，
类型：发明
国别省市：