Fokuseret ionstråle ( FIB , FIB, Focused Ion Beam ) er en meget brugt teknik inden for materialevidenskab til lokal analyse, aflejring og ætsning af materialer. En ionætsningsopsætning ligner et scanningselektronmikroskop . Elektronmikroskopet bruger en stråle af elektroner , mens SIP bruger tungere partikler ( med højere kinetisk energi ). Der er installationer, der bruger begge typer bjælker. Forveksle ikke SIP med en litografienhed, hvor der også bruges en ionstråle, men af lav intensitet, og ved ætsning er hovedegenskaben selve resisten.
De mest almindelige ionkilder i lokal analyse er de såkaldte flydende metalkilder, som anvender gallium . Smeltepunktet for gallium er ~30 °C .
Udover gallium bruges guld og iridium også i kilderne . I en galliumkilde kommer opvarmet metal i kontakt med en wolframnål . Gallium fugter wolfram, og et stort elektrisk felt (mere end 10 8 V / cm ) forårsager ionisering og emission af galliumioner. Ionerne accelereres derefter til en energi på 5-50 keV og fokuseres på prøven ved hjælp af en elektrostatisk linse . I moderne installationer når strømmen titusvis af nanoampere , som er fokuseret til en plet på flere nanometer .
De første SIP'er blev oprettet i begyndelsen af 90'erne. Funktionsprincippet for SIP svarer til driften af et elektronmikroskop med en lille, men signifikant forskel - SIP'er bruger en ionstråle i stedet for en elektronstråle.
Galliumioner efter acceleration af et elektrisk felt kolliderer med prøven. Ionernes kinetiske energi er tilstrækkelig til at sputtere prøvematerialet. Ved lave strømme fjernes en lille mængde materiale. I moderne SIT'er opnås en opløsning på omkring 5 nm [1] [2] ). Ved høje strømme skærer ionstrålen let prøven med submikrons nøjagtighed.
Hvis prøven er lavet af et ikke-ledende materiale, ophobes ioner på dens overflade, som frastøder ionstrålen. For at undgå dette neutraliseres den akkumulerede ladning af strømmen af elektroner. De nyeste SIP'er har deres eget billeddannelsessystem, så der er ingen grund til at bruge et elektronmikroskop til at styre behandlingen [3] .
I modsætning til et elektronmikroskop "ødelægger" CIP prøven. Når galliumioner rammer prøveoverfladen, "trækker de" de atomer, der udgør prøven, ud. Under overfladebehandling implanteres galliumatomer også flere nanometer dybt ind i prøven. Prøvens overflade kommer derefter til en amorf tilstand.
SIP kan behandle overfladen af prøven meget tyndt - det er muligt at fjerne et lag fra overfladen til en dybde svarende til atomstørrelsen, uden at det påvirker det næste lag overhovedet. Prøvens overfladeruhed efter behandling med en ionstråle er mindre end en mikron [4] [5]
Den væsentligste grundlæggende forskel mellem SIB og fokuserede elektronstrålemetoder (såsom SEM , PREM og EBID ) er brugen af ioner i stedet for elektroner, hvilket væsentligt ændrer processerne på overfladen af prøven under undersøgelse. De vigtigste egenskaber for konsekvenserne af interaktion med prøven er:
Ioner er større end elektroner
Ioner er tungere end elektroner
Ioner er positivt ladede og elektroner er negativt ladede.
Således er ioner positivt ladede, tunge og langsomme, mens elektroner er negativt ladede, små i størrelse og masse og alligevel har større hastighed. Den vigtigste konsekvens af ovenstående egenskaber er, at ionstrålen vil fjerne atomer fra overfladen af prøven. I dette tilfælde kan strålens position, opholdstid og størrelse kontrolleres godt. Derfor kan den bruges til kontrolleret ætsning, ned til nanometerskalaen. [6]
| Nanoteknologi | |
|---|---|
| Beslægtede videnskaber | |
| Personligheder | |
| Vilkår | Nanopartikel |
| Teknologi | |
| Andet |
|