Fókuszált ionsugár

A fókuszált ionsugár ( FIB ,  FIB, Focused Ion Beam ) az anyagtudományban széles körben használt technika az anyagok helyi elemzésére, leválasztására és maratására . Az ionmarás egy pásztázó elektronmikroszkóphoz hasonlít . Az elektronmikroszkóp elektronsugarat használ , míg a SIP nehezebb részecskéket - ionokat (nagyobb kinetikus energiával ). Vannak olyan berendezések, amelyek mindkét típusú gerendát használják. Ne keverje össze a SIP-t a litográfiai eszközzel, ahol ionsugarat is használnak, de alacsony intenzitású, és a maratásnál a fő tulajdonság maga az ellenállás.

Ionforrás

A lokális elemzésben a leggyakoribb ionforrások az úgynevezett folyékony fémforrások, amelyek galliumot használnak . A gallium olvadáspontja ~30 °C .

A galliumon kívül aranyat és irídiumot is használnak a forrásokban . Galliumforrásban a felhevített fém érintkezésbe kerül egy volfrámtűvel . A gallium nedvesíti a volfrámot, és egy nagy elektromos tér (több mint 10 8 V / cm ) ionizációt és galliumionok kibocsátását okozza. Az ionokat ezután 5-50 keV energiára gyorsítják, és elektrosztatikus lencse segítségével a mintára fókuszálják . A modern berendezésekben az áram eléri a több tíz nanoampert , amely több nanométeres foltba fókuszál .

Hogyan működik

Az első SIP-ket a 90-es évek elején hozták létre. A SIP működési elve hasonló az elektronmikroszkóp működéséhez egy kis, de jelentős eltéréssel - a SIP-ek elektronsugara helyett ionnyalábot használnak.

A galliumionok elektromos térrel történő gyorsítás után ütköznek a mintával. Az ionok kinetikus energiája elegendő a mintaanyag porlasztásához . Alacsony áramerősség esetén kis mennyiségű anyagot távolítanak el. A modern SIT-ekben körülbelül 5 nm -es felbontás érhető el [1] [2] ). Nagy áramerősség esetén az ionsugár könnyedén, szubmikronos pontossággal vágja a mintát.

Ha a minta nem vezető anyagból készül, akkor a felületén ionok halmozódnak fel, amelyek taszítják az ionnyalábot. Ennek elkerülése érdekében a felgyülemlett töltést az elektronok áramlása semlegesíti. A legújabb SIP-ek saját képalkotó rendszerrel rendelkeznek, így nincs szükség elektronmikroszkóp használatára a feldolgozás vezérléséhez [3] .

Eszköz

Az elektronmikroszkóppal ellentétben a CIP "megsemmisíti" a mintát. Amikor a galliumionok a minta felületére érnek, „kihúzzák” a mintát alkotó atomokat. A felületkezelés során galliumatomokat is beültetnek több nanométer mélyen a mintába. A minta felülete ezután amorf állapotba kerül.

A SIP nagyon vékonyan tudja kezelni a minta felületét - lehetséges egy réteg eltávolítása a felületről az atomi méretnek megfelelő mélységig, miközben a következő réteget egyáltalán nem érinti. A minta felületi érdessége ionsugárral végzett kezelés után kisebb, mint egy mikron [4] [5]

Az ionok jellemzői

A fő alapvető különbség a SIB és a fókuszált elektronsugaras módszerek (például SEM , PREM és EBID ) között az elektronok helyett ionok alkalmazása, ami jelentősen megváltoztatja a vizsgált minta felületén zajló folyamatokat. A mintával való interakció következményeinek legfontosabb jellemzői:

Az ionok nagyobbak, mint az elektronok

• Mivel az ionok nagyobbak, mint az elektronok, nem tudnak olyan könnyen áthatolni a minta egyetlen atomján. A kölcsönhatás főleg a külső héjat érinti, és ionizációhoz és a felszínen lévő atomok kémiai kötéseinek megsemmisüléséhez vezet.
• Az ionok behatolási mélysége sokkal kisebb, mint az azonos energiájú elektronok behatolási mélysége.
• Az anyagban leállított iont a mátrix felfogja.

Az ionok nehezebbek, mint az elektronok

• Mivel az ionok nehezebbek, nagyobb lendületet tudnak felvenni . Tehát az elektronnal azonos energiánál az ion impulzusa 370-szeresen haladhatja meg az elektron lendületét.
• Az azonos energiájú ionok lassabban mozognak, mint az elektronok, de ez a pásztázási sebességhez képest elhanyagolható, és a gyakorlatban nem számít.
• A mágneses lencsék nem olyan hatékonyak, mint az elektronok esetében, ezért elektrosztatikus lencséket használnak.

Az ionok pozitív töltésűek, az elektronok pedig negatív töltésűek.

• Ez a különbség kisebb következményekkel jár, és befolyásolja az ionnyalábot vezérlő és gyorsító mező polaritását.

Így az ionok pozitív töltésűek, nehézek és lassúak, míg az elektronok negatív töltésűek, kis méretűek és tömegűek, ugyanakkor nagyobb a sebességük. A fenti tulajdonságok legfontosabb következménye, hogy az ionsugár eltávolítja az atomokat a minta felületéről. Ebben az esetben a nyaláb helyzete, tartózkodási ideje és mérete jól szabályozható. Ezért használható irányított maratáshoz, egészen nanométeres léptékig. [6]

Lásd még

• ionforrás
• Visszavert elektrondiffrakció (EBSD)
• Pásztázó elektronmikroszkóp
• Pásztázó hélium-ion mikroszkóp
• Ionsugár elemzés

Irodalom

1. ↑ J. Orloff, LW Swanson és M. Utlaut, "Fundamental Limits on Imaging Resolution in Focused ion Beam Systems", J. Vac. sci. Tech. B14 (1996) p 3759 doi : 10,1116/1,588663
2. ↑ V. Castaldo, CW Hagen, B. Rieger és P. Kruit, "Sputtering limits versus signal-to-noise limits in Sn balls in a Ga+ microscope", J. Vac. sci. Tech. B26 (2008) p 2107 doi : 10.1116/1.3013306
3. ↑ Bevezetés: Fókuszált ionsugaras rendszerek . Letöltve: 2009. augusztus 6. Az eredetiből archiválva : 2012. április 16.. (határozatlan)
4. ↑ J. Orloff, M. Utlaut és L. Swanson. Nagy felbontású fókuszált ionsugarak: FIB és  alkalmazásai . - Springer Press , 2003. - ISBN 0-306-47350-X . Archiválva : 2018. április 23. a Wayback Machine -nál
5. ↑ L. A. Giannuzzi és F. A. Stevens. Bevezetés a fókuszált ionsugarakba: Műszerek, elmélet, technikák és  gyakorlat . - Springer Press , 2004. - ISBN 978-0-387-23116-7 .
6. ↑ FEI Társaság. Fókuszált ionsugár technológia , képességek és alkalmazások  . – 2006.

További olvasnivalók

• Ivanovsky G. F., Petrov V. I. Anyagok ion-plazma feldolgozása. - M . : Rádió és kommunikáció, 1986. - 232 p.
• Popov VF ionsugaras telepítések. - L . : Energoizdat, 1981. - 136 p.

• Gabovich M.D. Ion- és atomnyalábok szabályozott termonukleáris fúziós és technológiai célokra. — M .: Energoatomizdat, 1986. — 248 p.

• Forrester, T. A. Intenzív ionsugarak. — M .: Mir, 1992. — 354 p. — ISBN 5-03-001999-0 .
• Broday I., Merey J. A mikrotechnológia fizikai alapjai. — M .: Mir, 1985. — 496 p. — ISBN 200002876210.

• Popov VF, Gorin Yu. N. Az elektron-ion technológia folyamatai és telepítései. - M . : Feljebb. iskola, 1988. - 255 p. — ISBN 5-06-001480-0 .

• Vinogradov M.I., Maishev Yu.P. Vákuumos eljárások és berendezések ion- és elektronsugaras technológiához. - M . : Mashinostroenie, 1989. - 56 p. - ISBN 5-217-00726-5 .

• Mackenzie, RA D. Fókuszált ionsugár technológia: bibliográfia  (határozatlan)  // Nanotechnológia. - 1990. - T. 1 . - S. 163 . - doi : 10.1088/0957-4484/1/2/007 .
• J. Orloff. A töltött részecskeoptika kézikönyve  (határozatlan idejű) . - CRC Press , 2009. - ISBN 978-1-4200-4554-3 .