Aujourd’hui, une grande variété de matériaux dit « fragiles » sont intégrés dans des dispositifs micro ou nanotechnologiques. Ces matériaux sont définissables comme « fragiles » en raison de leur forme, de leur dimension ou encore de leur densité. Dans ce travail, trois catégories de matériaux, de différents niveaux de maturités industrielle et technologique, ont été étudiés par spectrométrie de masse des ions secondaires à temps du vol (ToF-SIMS). Ces matériaux sont: du silicium méso-poreux, des polyméthacrylates déposés en couches très minces par voie chimique en phase vapeur initiée (iCVD) et des matériaux organosilicates (SiOCH) à basse constante diélectrique (low-k). L’objectif de ce travail est de vérifier et de valider la méthode ToF-SIMS comme une technique fiable pour répondre aux besoins de caractérisation chimique rencontrés pas ces matériaux Il s’agit également d’établir la cohérence de l’information chimique produite par l’interprétation de l’interaction ion/matière se déroulant lors de l’analyse. Pour le silicium méso-poreux, les échantillons ont été pulvérisés par différentes sources primaires d’ions (Césium, Xénon, Oxygène) et l’information secondaire générée comme, par exemple, les différences d’ionisation entre la couche poreuse et le matériau dense ont été analysées, notamment vis de l’énergie du faisceau de pulvérisation mais aussi du taux de porosité du matériau cible. Des modifications morphologiques significativement différentes selon la source d’ions ont également été observées et ont été corrélées à différents types de régime de pulvérisation, principalement induits par le taux de porosité de la cible.Concernant la caractérisation de polymères en couches minces, des conditions d’abrasion très peu agressives, notamment l’usage d’ions d’argon en cluster polyatomiques, ont été appliquées avec l’intention d’obtenir une information chimique secondaire riche en hautes masses moléculaires. La discrimination de films de polyméthacrylate avec une structure chimique quasi-identique a pu être obtenue et un protocole de quantification de copolymères proposé. De plus, par l’utilisation de la méthode d’analyse de données en composantes principales (PCA) appliquée aux spectres,une corrélation claire a été établie entre les composantes principales et la masse moléculaire des films de polymères.Enfin l’impact de traitements d’intégration tels que de la gravure ou du nettoyage chimique, nécessaires à la mise en œuvre industrielle des matériaux low-k, mais défavorables à leurs propriétés diélectriques, a été étudié. Pour obtenir une information chimique résolue en profondeur, l’abrasion par césium à basse énergie a été identifiée comme la stratégie la plus sensible et la plus adaptée. De même, la PCA a permis d’amplifier significativement les différences chimiques entre échantillons, permettant de rapprocher les variations de constante diélectrique aux compositions chimiques / Nowadays, the micro and nanotechnology field integrates a wide range of materials that can be defined as “fragile” because of their shape, dimension or density. In this work, three materials of this kind, at different level of technological and industrial maturity are studied by time of flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS). These materials are: mesoporous silicon, thin polymethacrylate films deposited by initiated Chemical Vapour Deposition (i-CVD)and hybrid organosilicate (SiOCH) dielectric materials (low-k). The objective is to verify and validate the ToF-SIMS as a reliable characterisation technique for describing the chemical properties of these materials. Indeed, because of this intrinsic ‘fragility’ the consistency of the chemical information is connected to an appropriate interpretation of the specific ion/matter interactions taking place.For mesoporous silicon, a systematic analysis is carried out considering various sputtering ion sources (Caesium, Xenon and Oxygen); both sputtering and ionisation behaviours are examined relatively to the nonporous silicon, taking into account energy of the sputtering beam and porosity rate of the target material.Concerning nanometric thick polymer films, low damaging analysis conditions are applied by the use of argon cluster primary ion sources in order to obtain a significant molecular secondary ion information. In these conditions, a discrimination of quasi-identical nanometre thick structures is made possible and a quantification method for copolymers is then proposed. In addition, with the supplement of data principal component analysis (PCA) an innovative and significant correlation is obtained between main Principal Component and sample molecular weights.Finally, the effect of several industrial integration processes (such as etching or wet cleaning) applied on low-k materials are studied in order to understand their detrimental impact on low-k insulating properties. To achieve a depth-resolved chemical information, low energy caesium sputterings are shown to be the most adapted and sensitive strategy. In addition, PCA is shown to be almost essential to amplify differences between samples significantly. This approach allowed combining the variation of physical properties (dielectric constant) with the chemical ones.

L'objectif principal de ce travail de thèse a été de développer des méthodologies d'analyse de surface fiables pour caractériser divers nouveaux matériaux intégrés dans des structures de très faibles dimensions caractéristiques des développements actuels de la microélectronique. Un intérêt particulier a été porté sur l'utilisation combinée de plusieurs techniques complémentaires. Une première étude a porté sur les artefacts de caractérisation de couches isolantes (dioxyde de silicium et dioxyde de silicium dopé au fluor – FTEOS) situées entre les niveaux de métallisation des puces. Une étude systématique des effets de la dose électronique liée à une analyse AES a été réalisée en utilisant la complémentarité des techniques AES/XPS. Les résultats ont révélé des changements chimiques en extrême surface (sous-oxydes) dépendant de la nature du matériau. La seconde étude a porté sur la mise en oeuvre d'une méthodologie analytique pour la caractérisation de la couche de passivation formée sur les flancs de gravure après deux gravures plasma successives sur des structures de très faibles dimensions (lignes de 300 nm et tranchées de 200 nm). Cette méthodologie a été basée sur l'utilisation de l'effet de charge différentiel, observé lors d‘analyses simultanées de deux matériaux de propriétés électriques différentes, ainsi que sur la complémentarité des caractérisations par XPS et ToF-SIMS y compris des analyses XPS résolues en angles (AR-XPS). La composition chimique de l'extrême surface de la couche de passivation a ainsi pu être déterminée sur des parois verticales. La surface de cette couche a révélé être composée principalement par de l'oxygène ayant réagi avec le silicium pour former des sous-oxydes de silicium de différentes stoechiométries / The main goal of this thesis was to develop reliable surface analysis methods to characterize various new materials used in very small size structures typical of current developments in microelectronics applications. A particular interest has been taken in combining several complementary techniques. The first study was focused on potential artifacts when characterizing insulating layers (silicon dioxide and fluorine doped silicon dioxide – FTEOS) which are used between metal layers in chips. A comprehensive study of the electron dose effects in AES was performed using complementary AES and XPS techniques. The results revealed chemical changes in the outermost surface (suboxides) that depend on the nature of the material. The second study was focused on the development of an analytical methodology to characterize the passivation layer on the etch sidewalls after two successive plasma etching processes applied onto very small size structures (300 nm lines and 200 nm trenches). This methodology was based on the use of the differential charging effect that takes place when analyzing simultaneously two materials exhibiting different electrical properties and on the complementarity of ToF-SIMS and XPS characterizations including angular resolved XPS (AR-XPS). The chemical composition of the outermost surface of the sidewall passivation layer could then be determined. The surface of that layer was found to be consisting mostly from oxygen than reacted with silicon to form silicon suboxides with various stoichiometries

Das Hauptanliegen dieser Arbeit war es valide chemische Verfahren für die Optimierung der Gesamtleistung von Glykan-Microarrays bereitzustellen. Dafür erfolgte eine gründliche Untersuchung jedes einzelnen Prozessschritts innerhalb der Arrayproduktion durch Anwendung komplementärer Methoden der chemischen Oberflächenanalytik. Mit Hilfe von fortgeschrittenen Verfahren der Elektronen-Spektroskopie für die chemische Anlayse (ESCA/XPS) wurden valide quantitative Daten bei der chemischen Charakterisierung der Oberflächen erhalten die mit den häufig eingesetzten qualitativen bzw. indirekten Verfahren (z.B. Kontaktwinkel Goniometrie und Fluoreszenz-Spektroskopie) so nicht erhalten werden können. Die robuste Anbindung von Glykanen auf der Substratoberfläche ist Voraussetzung für eine reproduzierbare Anwendung in der Diagnostik aber auch für die Entwicklung valider quantitativer Charakterisierungsmethoden zur Bewertung der Effizienz der Immobilisierungsreaktionen. Ein Schwerpunkt der Arbeit lag in der Charakterisierung und Optimierung der Glykananbindung an amin-reaktive Oberflächen. Hierzu wurden z.B. spezielle Glykane mit Fluorlabel auf epoxid-funktionalisierten Siliziumoberflächen immobilisiert. Eine Quantifizierung der angebundenen Glykane ist zum Beispiel über die Bestimmung der CF3-Gruppe im hochaufgelösten C1s XPS Spektrum möglich. Die Interaktionen Sonde-Analyt wurden modellhaft mit immobilisierten Glykanen und dem Lektin Concanavalin A mit Verfahren der chemischen Oberflächenanalytik untersucht. Neben der chemischen Charakterisierung frisch präparierter Glykansonden wurde auch das Alterungsverhalten der Glykan-Microarrays untersucht. / The objective of this research is to sidestep many of the initial and current problems of glycan microarray based devices by using new analytical approaches to control molecular engineering. For this purpose, a thorough investigation of each individual step in the array production is carried out by applying complementary methods of surface chemical analysis. New fluorophore-free protocols based on methods of surface analysis as XPS will be developed and validated to enable glycan microarray performance optimization. The advantage of these methods is the direct quantitative access to chemical bonds at high lateral resolution. In contrast to the frequently used qualitative or indirect methods (e.g. contact angle goniometry and fluorescence spectroscopy), valid quantitative data are obtained. The robust binding of glycans on the substrate surface, is a prerequisite for a reproducible application in the diagnostics but also for the development of valid quantitative characterization methods for the evaluation of the efficiency of the immobilization reactions. One focus of the work was the characterization and optimization of the glycan binding to popular amine-reactive surfaces. For this purpose, specific glycans with fluorine-label were immobilized on epoxide-functionalized silicon surfaces. A quantification of the attached glycan molecules is possible, for example, by determining the amount of CF3 groups using the high-resolution C1s XPS spectrum. The interactions between model probe (glycan molecules) and model analyte (lectin concanavalin A) were investigated using powerful methods surface chemical analysis. In addition to the chemical characterization of freshly prepared glycan probes, the aging behavior of the glycan microarrays was also investigated.

Un matériau semi-conducteur utilisé lors de la fabrication d’antennes térahertz (THz), le quaternaire InGaAsP (E_g = 0,79 eV), subit une implantation ionique de Fe suivi d’un recuit thermique rapide (RTA) dans le but d’améliorer ses propriétés d’émission. Le recuit est nécessaire afin de recristalliser la couche amorphisée lors de l’implantation, donnant lieu à un polycristal rempli de défauts de recristallisation. On constate cependant que les matériaux implantés Fe offrent de meilleures performances que ceux simplement endommagés au Ga. Dans le but de départager l’effet des défauts de recristallisation et des impuretés de Fe, des mesures de spectroscopie transitoire des niveaux profonds (DLTS) et de DLTS en courant (I-DLTS), ainsi que de spectrométrie de masse d’ions secondaires par temps de vol (ToF-SIMS) ont été effectuées sur des échantillons non implantés et d’autres recristallisés. Les mesures DLTS et I-DLTS ont pour but de caractériser les niveaux profonds générés par ces deux procédures postcroissance, tout en identifiant le rôle que jouent les impuretés de Fe sur la formation de ces niveaux profonds. De plus, le voisinage des atomes de Fe dans le matériau recristallisé a été étudié à l’aide des mesures ToF-SIMS. Les mesures DLTS sur matériau recristallisé sont peu concluantes, car la mesure de capacité est faussée par la haute résistivité du matériau. Par contre, les mesures I-DLTS sur matériau recristallisé ont permis de conclure que les impuretés de Fe sont responsables de la formation d’une grande variété de niveaux d’énergie se trouvant entre 0,25 et 0,40 eV, alors que les défauts de structure induisent des niveaux de moins de 0,25 eV. La concentration de Fe est élevée par rapport au seuil de solubilité du Fe dans le matériau recristallisé. Il serait donc plausible que des agrégats de Fe se forment. Toutefois, cette hypothèse est infirmée par l'absence de pic aux masses correspondant à la molécule ^(56)Fe_2^+ sur les spectres ToF-SIMS. De plus, un modèle simple est utilisé afin d’estimer si certaines masses présentes sur les spectres ToF-SIMS correspondent à des liaisons non induites par la mesure dans le matériau recristallisé. Bien qu’aucune liaison avec le Ga et l'As n’est détectable, ce modèle n’exclut pas la possibilité de liens préférentiels avec l’In. / A semiconductor material used in the manufacture of terahertz (THz) antennas, the InGaAsP quaternary (E_g = 0,79 eV), is Fe-ion implanted followed by Rapid Thermal Annealing (RTA) in order to improve its emission properties. The annealing is required to recrystallize the layer that was amorphized during implantation, resulting in a polycrystal filled with recrystallization defects. However, the Fe-implanted materials provide better performance than those simply damaged with Ga. In order to disentangle the effect of recrystallization defects and of Fe impurities, Deep-Level Transient Spectroscopy (DLTS) measurements, current DLTS (I-DLTS) measurements and Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (ToF-SIMS) were carried out on non-implanted and on recrystallized samples. The DLTS et I-DLTS measurements aim to characterize deep levels generated by these two post-growth fabrication processes, while identifying the role of Fe impurities on the formation of these deep levels. In addition, a study of the vicinity of Fe atoms in the recrystallized material was performed using ToF-SIMS measurements. The DLTS measurements on recrystallized material were inconclusive because the capacitance measurements were distorted by the high resistivity of the material. On the other hand, the I-DLTS measurements on recrystallized material allowed us to conclude that the Fe impurities are responsible for the formation of a wide variety of energy levels lying between 0.25 and 0.40 eV, while structural defects induce levels lower than 0.25 eV. The Fe concentration is high compared to the solubility threshold of Fe in the material. It is therefore possible that Fe clusters are formed. However, this hypothesis is invalidated by the absence of a peak at the mass channels corresponding to the molecule ^(56)Fe_2^+ on ToF-SIMS mass spectra. Moreover, a simple model is used to estimate whether certain masses present on ToF-SIMS spectra correspond to actual bonds in the recrystallized material, not induced by the measurement. While no bonds with Ga and As were detectable, this model does not exclude the possibility of preferential binding between with In.

Lignocellulosic biomass (e.g., non food-based agricultural resides and forestry wastes) has recently been promoted for use as a source of bioethanol instead of food-based materials (e.g., corn and sugar cane), however to fully realize these benefits an improved understanding of lignocellulosic recalcitrance must be developed. The primary goal of this thesis is to gain fundamental knowledge about the surface of the plant cell wall, which is to be integrated into understanding biomass recalcitrance. Imaging mass spectrometry by TOF-SIMS and MALDI-IMS is applied to understand detailed spatial and lateral changes of major components in the surface of biomass under submicron scale. Using TOF-SIMS analysis, we have demonstrated a dilute acid pretreated poplar stem represented chemical differences between surface and bulk compositions. Especially, abundance of xylan was observed on the surface while sugar profile data showed most xylan (ca. 90%) removed from the bulk composition. Water only flowthrough pretreated poplar also represented difference chemistry between surface and bulk, which more cellulose revealed on the surface compared to bulk composition. In order to gain the spatial chemical distribution of biomass, 3-dimensional (3D) analysis of biomass using TOF-SIMS has been firstly introduced in the specific application of understanding recalcitrance. MALDI-IMS was also applied to visualize different molecular weight (e.g., DP) of cellulose oligomers on the surface of biomass.

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Le silicium est un matériau étudié depuis plusieurs années comme une sérieuse alternative au graphite dans les batteries Li-ion. Ce travail de thèse vise à développer des approches alternatives et complémentaires à celles déjà existantes afin de mieux comprendre les mécanismes de lithiation et de dégradation. L'analyse croisée entre plusieurs techniques, principalement FIB-ToF-SIMS, Auger, XPS et FIB-MEB, point central de l'étude, nécessite la mise en place de protocoles spécifiques prenant en compte la forte réactivité des échantillons lithiés. En premier lieu, un couplage entre ToF-SIMS et XPS sur des couches minces de silicium, permet de mettre en évidence la présence d'une phase riche en lithium ségrégée à l'interface entre la couche de matériau actif et le collecteur de courant en cuivre. Un mécanisme particulier de lithiation du silicium, basé sur l'existence de chemins de diffusion rapide pour le lithium, est suggéré. La réalisation de coupes FIB effectuées in situ dans la chambre d'analyse du ToF-SIMS sur des électrodes à base de poudre micrométrique de Si permet ensuite de proposer un mécanisme de lithiation analogue à celui mis en évidence précédemment. En outre, la présence de grains déconnectés du réseau percolant de l'électrode au cours du cyclage et piégeant le lithium est mise en évidence et contribue à la défaillance rapide de la batterie. Enfin, la méthodologie développée est appliquée à l'étude d'électrodes composées de Si nanométrique et de composite Si/C. Elle participe à l'établissement d'un modèle de croissance de SEI à la surface de grains de silicium nanométriques et permet d'identifier les raisons de la défaillance de ces électrodes. / Silicon is a serious option to replace graphite in anodes for Li-ion batteries since it offers a specific capacity almost ten times higher. However, silicon anodes suffer from a drastic capacity fading, making it unusable after a few cycles. The work presented here aims at the development of new alternative and complementary approaches to those currently used, in order to better understand lithiation and degradation mechanisms. These methods are based on cross-analysis between several surface characterizations techniques, including FIB-ToF-SIMS, AES, XPS and FIB-MEB, which require specific procedures to deal with the extreme sensitivity of lithiated materials. Coupling XPS and ToF-SIMS on silicon thin films revealed the presence of a Li-rich phase segregated at the interface between silicon and Cu current collector. A mechanism based on fast diffusion paths for lithium is suggested. In situ FIB milling, performed in the analysis chamber of the ToF-SIMS on anodes using micrometer-sized silicon particles, revealed a similar mechanism involving fast diffusion paths for lithium. Additional TEM observations suggest that, in the case of micrometer-sized particles, these paths result from sub-grain boundaries. Additionally, the presence of Li trapped in Si particles which are disconnected from the conductive grid along cycling is shown, contributing to the poor battery lifespan. Finally, the developed method has been applied to electrodes based on nanometer-sized Si particles and Si/C composite. Despite of the small size of the involved particles, it is possible to get information about SEI growth on the surface of nano-sized silicon particles and to identify causes of failure.

Les alliages légers d'aluminium de la série 2000 sont utilisés dans l'industrie aéronautique en raison de leurs excellentes propriétés mécaniques. Ils sont néanmoins sensibles à la corrosion localisée, et nécessitent d'être protégés. Les couches de conversion permettent une protection efficace. La conversion utilisée aujourd'hui est à base de chrome hexavalent (CrVI), composé cancérogène, devant être remplacé. L'étude de nouveaux procédés est nécessaire, et ce travail a porté sur l'utilisation de couches de conversion au chrome trivalent (CrIII, procédé TCP), en combinant des méthodes d'analyse des surfaces (XPS, ToF-SIMS, AFM), des essais de corrosion et des mesures électrochimiques. L'influence des prétraitements sur le dépôt de la couche TCP a été étudiée. Lors du décapage sulfo-ferro-nitrique, un enrichissement en cuivre métallique, la dissolution des particules riches en cuivre et le retrait de l'oxyde d'aluminium natif sont observés. La couche de conversion déposée après ce décapage est moins couvrante que sur une surface qui a été nettoyée mais non décapée par cette méthode. Les résultats de tenue en corrosion confirment l'influence néfaste du décapage sur la protection apportée par les couches TCP. Une étude du dépôt de la couche TCP sur un substrat d'aluminium préalablement recouvert par ALD d'une couche fine et homogène d'alumine a été réalisée. Une épaisseur critique d'oxyde d'aluminium a pu être déterminée au-delà de laquelle le dépôt d'une couche TCP est bloqué. Un modèle a été proposé pour expliquer le mécanisme de dépôt de la couche de conversion sur une surface recouverte d'une couche mince d'oxyde d'aluminium. / Light 2xxx aluminium alloys are widely used in the aircraft industry because of their good mechanical properties. However, they are prone to localized corrosion and must be protected. Conversion coatings allow such protection. Nowadays, chromate conversion coatings (CrVI) are still used but they must be replaced. New systems are tested, and in this work we investigated the Trivalent Chromium Process (TCP, CrIII based), by combining surface analysis techniques (XPS, ToF-SIMS, AFM), corrosion tests and electrochemical measurements.The influence of surface pretreatments on the TCP coating deposition has been studied. During the etching step, a metallic copper enrichment, the dissolution of Cu-rich intermetallic particles and the removal of the native aluminium oxide are observed. The subsequent TCP deposited layer is less continuous on such pretreated alloy surfaces than on non-etched, only cleaned alloy surfaces. These results show the importance of the presence of the native oxide layer on the alloy surface. A study of the TCP coating deposition on a pure aluminium pre-coated with a thin homogeneous alumina layer (deposited by Atomic Layer Deposition) shows a critical thickness of the alumina, beyond which, the TCP deposition is blocked. A deposition mechanism of the TCP layer on a thin aluminium oxide is presented.

Imaging Time-of-Flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS) has been developed to perform 2D imaging and depth profiling of biological systems with micron or submicron scale lateral resolution, which can be attributed to the advent of polyatomic ion beam particularly C60+ and new concept of ToF-SIMS instrument, the J105 3D Chemical Imager (J105). These recent advances in ToF-SIMS have opened a new dimension for biological analysis. In this study, 2D and 3D imaging have been performed on two biological systems, Xenopus laevis (X. laevis) zygote/embryo and murine embryonic fibroblasts NIH 3T3 BXB-ER cells to explore the capability of ToF-SIMS to handle the biological samples with extreme topography and high resolution depth profiling of microdomains, which still represent major challenges for the ToF-SIMS. The study on X. laevis embryo explored the capability of ToF-SIMS to handle spherical samples (approx. 1-1.2 mm in diameter), identify lipid species in mixtures of lipid extraction from the zygotes and image of an intact embryo in 2D/3D during dynamic biological events, e.g., fertilisation and early embryo development. For the first time the J105 and conventional BioToF-SIMS instrument were employed for the study of developmental biology. The major classes of lipid were identified through multiple lipid assay in a single analytical run using ToF-SIMS. Topography effects of the embryo were assessed through imaging a single intact zygote/embryo that revealed secondary ions loss at the edge of the single cell. However, the topography effects on the mass resolution could be minimised using the J105. Moreover, in situ lipid profiling of the zygote revealed different lipid compositions and intensities on the membrane of the animal and vegetal hemispheres. Furthermore, high resolution imaging and depth profiling that performed on a single intact cell in a time course study visualised the egg-sperm fusion sites on the membrane of the zygote 10 min post-insemination and lipids arrangement on the membrane of the embryo through the early development stages. Subcellular signalling upon the fertilisation was also spatially located on the serial cryosections of a single zygote. With the NIH 3T3 BXB-ER cells, the study firstly adopted a finely focused C60+ beam to track morphological changes and rearrangement of subcellular organelle mitochondria (0.5-2 µm) in response to the activation of Raf/ERK (extracellular signal regulated kinase) pathway using the J105. The SIMS images of the unlabelled cells showed the shifting of membrane distribution and nuclei shrinking following Raf/ERK activation. The mitochondria fluorescence probe within the cells were located 3-dimensionally using confocal microscopy and ToF-SIMS, which revealed the distribution pattern of condensing in the two sides of the nuclei following the Raf/ERK activation. Coupled with scanning electron microscopy (SEM), the three imaging modes showed good agreement in cellular morphological changes and subcellular mitochondrial rearrangement without or following Raf/ERK activation, demonstrating an integrated approaching to study the biological processes at subcellular dimension.

Investigations were performed on the stability, mechanism of formation and an application of alkyl monolayers chemomechanically prepared on silicon surfaces. A new method of surface modification, laser-activation modification of surfaces (LAMS), and multivariate analyses of time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS) images of LAMS spots were also reported. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and other data show that alkyl monolayers prepared by scribing silicon under 1-iodoalkanes and 1-alkenes were stable over extended periods of time to air, water, a boiling acid and Al Ka X-rays. The stability is attributed to direct Si-C bonding in the monolayers. The observation that the oxygen signals gradually increased and the iodine signals gradually decreased, with both finally reaching plateaus is attributed to the oxidation of exposed silicon by scribing, and the hydrolysis of Si-I bonds, respectively. In alkyl monolayers prepared with 1-alcohols, the carbon signals decreased about 50% after two 1-h immersions in a boiling acid, suggesting unstable Si-O bonding. In the analogous experiment of grinding silicon with alkyl halides, the expected free-radical combination and disproportionation byproducts were observed. This observation provides evidence for the mechanism previously proposed for alkyl monolayer formation on silicon by chemomechanically scribing. Miniaturized sample supports for matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry (MALDI-MS) were made on hydrophobic silicon or glass surfaces by scribing. With these sample supports, improved MALDI-MS signal intensities and reproducibilities were achieved for a test peptide, as expected. A new and promising method for surface modification, LAMS, was developed. XPS and ToF-SIMS analyses show that both silicon and germanium were effectively modified by LAMS with even quite inert compounds. This technique was also used to make miniaturized MALDI-MS sample supports. Compared to scribing, LAMS is faster and can be more precisely controlled. Multivariate analyses, automated expert spectral image analysis (AXSIA) and principal component analysis (PCA), were used in interpreting ToF-SIMS images of silicon surfaces modified with 1-alkenes by LAMS. Both analyses show that modified and unmodified areas are chemically different.