Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWSLassen sich Fingerabdrücke auf einem Silizium-Wafer durch den Einsatz einer ToF-SIMS-Analyse nachweisen? Dieser Frage ging das Fraunhofer IMWS in einer Studie nach und konnte dabei charakteristische Signale identifizieren. Die Methode bietet somit Potenziale beispielsweise für die Qualitätskontrolle oder Forensik.
Als Probe diente ein Siliziumwafer, auf dem ein Fingerabdruck platziert wurde. Dieser Wafer wurde im ToF-SIMS M6 des Herstellers iontof untersucht, einem leistungsstarken Gerät zur Oberflächenanalytik, das eine praktisch zerstörungsfreie Prüfung möglich macht. Die Primärionen (Bi3+) trafen dabei mit einer Energie von 30 keV auf die untersuchte Fläche der Probe, die Zykluszeit betrug 100 µs.
Bei der Flugzeit-Sekundärionenmassenspektrometrie wird die zu untersuchende Oberfläche gepulst mit Primärionen beschossen. Dies regt Sekundärionen zum Verlassen der Probe an. Die Sekundärionen werden mit Hilfe eines positiv oder negativ gepolten Extraktionsfelds in einen Flugzeitanalysator geführt, dort nach ihren Massen getrennt (je schwerer ein Ion, desto länger die Flugzeit) und anschließend mittels Channelplate-Detektor gezählt. Diese Messmethode erlaubt eine Charakterisierung mit hoher Sensitivität für prinzipiell alle Elemente und Verbindungen bis zu einer Gesamtmasse von 10.000 amu, einschließlich Spurenanalyse. In Abhängigkeit von der individuellen Neigung der Atome zur Bildung positiver beziehungswiese negativer Ionen lassen sich Elemente bevorzugt in einer Extraktionspolarisation nachweisen. Die Messungen der unterschiedlichen Polaritäten werden daher separat durchgeführt und in einzelnen Massenspektren in positiver beziehungsweise negativer Polarität abgespeichert.
Bei der Untersuchung des Fingerabdrucks mit positiver Polarität waren im Mapping sehr deutlich K+-haltige und K-haltige Verbindungen erkennbar, die mit der Form des Fingerabdrucks korrelierten. Außerhalb des Fingerabdrucks wurde erwartungsgemäß eine hohe Signalintensität für Si+ gemessen, also für Silizium als Hauptbestandteil des Wafers. Auch organische Verbindungen ließen sich sehr gut nachweisen. So zeigten Signale der Form CxHy+ eine hohe Intensität auf dem Fingerabdruck. Auch dies ist plausibel, gehören diese kationischen Fragmente doch zu Fettsäuren wie Palmitinsäure und Stearinsäure, die zum natürlichen Säureschutzmantel der Haut gehören. Mit niedriger Intensität waren im Mapping auch Signale von Triglyceriden und Cholesterin nachweisbar, weiteren charakteristischen Fragmenten von Verbindungen, die sich auf der Haut finden.
Das Oberflächen-Mapping mit positiver Polarität konnte mit der Form des Fingerabdrucks korrelierende Signale für C-, C3- C5- , und Cl- nachweisen. Im Bereich der organischen Verbindungen waren auch hier hohe Intensitäten für Verbindungen in Form von CxHy- und CxHyOz- erkennbar, die sich ebenfalls auf charakteristische anionische Fragmente von Fettsäuren wie Palmitinsäure und Stearinsäure zurückführen lassen.
Zusammenfassend zeigte sich, dass die ToF-SIMS-Oberflächenanalyse für die Untersuchung von Fingerabdrücken geeignet ist. Es gab eine eindeutige Korrelation zwischen der oberflächlichen Verteilung des Fingerabdrucks mit charakteristischen Signalen von Fettsäuren wie Palmitinsäure und Stearinsäure, sowie mit den Elementen Kalium und Chlor. Zudem konnten charakteristische Signale von Cholesterin und Triglyceriden mit geringer Intensität auf dem Fingerabdruck nachgewiesen werden.
