Fascicul de ioni focalizat ( FIB , FIB, Focused Ion Beam ) este o tehnică utilizată pe scară largă în știința materialelor pentru analiza locală, depunerea și gravarea materialelor. O configurație de gravare ionică seamănă cu un microscop electronic de scanare . Microscopul electronic folosește un fascicul de electroni , în timp ce SIP folosește particule mai grele - ioni (cu energie cinetică mai mare ). Există instalații care folosesc ambele tipuri de grinzi. Nu confundați SIP cu un dispozitiv de litografie, unde se folosește și un fascicul de ioni, dar de intensitate scăzută, iar în gravare, proprietatea principală este rezistența în sine.
Cele mai comune surse de ioni în analiza locală sunt așa-numitele surse de metal lichid, care folosesc galiu . Punctul de topire al galiului este de ~ 30 °C .
În plus față de galiu, în surse sunt folosite și aurul și iridiul . Într-o sursă de galiu, metalul încălzit intră în contact cu un ac de wolfram . Galiul udă wolfram, iar un câmp electric mare (mai mult de 10 8 V / cm ) provoacă ionizarea și emisia de ioni de galiu. Ionii sunt apoi accelerați la o energie de 5-50 keV și focalizați pe probă folosind o lentilă electrostatică . În instalațiile moderne, curentul ajunge la zeci de nanoamperi , care este concentrat într-un punct de câțiva nanometri .
Primele SIP-uri au fost create la începutul anilor '90. Principiul de funcționare al SIP este similar cu funcționarea unui microscop electronic, cu o diferență mică, dar semnificativă - SIP-urile folosesc un fascicul de ioni în loc de un fascicul de electroni.
Ionii de galiu după accelerarea unui câmp electric se ciocnesc cu proba. Energia cinetică a ionilor este suficientă pentru a pulveriza materialul eșantionului. La curenți scăzuti, o cantitate mică de material este îndepărtată. În SIT-urile moderne, se obține o rezoluție de aproximativ 5 nm [1] [2] ). La curenți mari, fasciculul de ioni taie cu ușurință proba cu o precizie submicroanică.
Dacă proba este făcută dintr-un material neconductor, atunci ioni se acumulează pe suprafața sa, care resping fasciculul de ioni. Pentru a evita acest lucru, sarcina acumulată este neutralizată de fluxul de electroni. Cele mai recente SIP-uri au propriul lor sistem de imagistică, deci nu este nevoie să folosiți un microscop electronic pentru a controla procesarea [3] .
Spre deosebire de un microscop electronic, CIP „distruge” proba. Când ionii de galiu lovesc suprafața probei, ei „trag” atomii care alcătuiesc proba. În timpul tratamentului de suprafață, atomii de galiu sunt de asemenea implantați la câțiva nanometri adâncime în probă. Suprafața probei ajunge apoi la o stare amorfă .
SIP poate trata suprafața probei foarte subțire - este posibil să îndepărtați un strat de pe suprafață la o adâncime egală cu dimensiunea atomică, fără a afecta deloc următorul strat. Rugozitatea suprafeței probei după tratarea cu un fascicul de ioni este mai mică de un micron [4] [5]
Principala diferență fundamentală dintre SIB și metodele cu fascicul de electroni focalizat (cum ar fi SEM , PREM și EBID ) este utilizarea ionilor în loc de electroni, ceea ce modifică semnificativ procesele de pe suprafața probei studiate. Cele mai importante caracteristici pentru consecințele interacțiunii cu eșantionul sunt:
Ionii sunt mai mari decât electronii
Ionii sunt mai grei decât electronii
Ionii sunt încărcați pozitiv, iar electronii sunt încărcați negativ.
Astfel, ionii sunt încărcați pozitiv, grei și lenți, în timp ce electronii sunt încărcați negativ, mici ca dimensiune și masă, și totuși au viteză mai mare. Cea mai importantă consecință a proprietăților de mai sus este că fasciculul de ioni va îndepărta atomii de pe suprafața probei. În acest caz, poziția fasciculului, timpul de rezidență și dimensiunea pot fi bine controlate. Prin urmare, poate fi folosit pentru gravare controlată, până la scara nanometrică. [6]
| Nanotehnologie | |
|---|---|
| Științe conexe | |
| Personalități | |
| Termeni | Nanoparticule |
| Tehnologie | |
| Alte |
|