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聚焦 Ion 光束

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聚焦 Ion 光束是一种可用于在微型和纳米尺度上制造、修剪、分析和表征材料的仪器。聚焦 Ion 光束广泛应用于电子、医药等各个领域。

聚焦离子束系统在真空中加速液态金属离子形成光束。使用一系列电磁透镜,光束可以聚焦到直径约10纳米的区域内。当聚焦离子束的离子击中目标时,一些目标材料溅射。

在低初级光束电流下,很少发生溅射,光束可用于成像。在较高的电流时,表面原子被弹出。这允许对样品进行特定于站点的溅射或更大的规模铣削。

聚焦离子束系统在真空下产生一束液态金属离子,以便从样品中研磨材料或拍摄其图像。在聚焦离子束系统内,液态金属离子(通常是高铝)是从灯丝中提取的。离子通过电压的应用加速,然后一系列电磁透镜将光束聚焦在目标上。金属离子与样品中的材料碰撞,就像击打台球时的提示球一样。在低能量下,金属电子会敲开二次电子,二次电子可以收集形成目标表面的图像。在更高的能量下,离子可能向材料中的原子转移足够的动能,以克服其表面结合能量并分散到真空中。这称为溅射。

聚焦的 Ion 梁可以使用溅射在特定地点钻孔,将图案磨入目标,甚至从样品中移除表面层。通过重复和均匀地移除图层和成像区域,可以构造样本的三维图像。光束使用的金属离子的百分比被植入样品中。初始撞击后,电子通过一系列碰撞继续失去能量,直到在样品内停止。化学气相沉积也可以通过在材料表面部署少量前体气体分子,并使用冲击离子促进化学反应来实现,其中前体气体分解,其中一部分是沉积在表面以及一些冲击离子。由于金属离子在材料上或材料内积聚,以及次级电子从表面散射,电荷有可能在非导电目标上积聚。

这种电荷的积累会产生额外的静电场,从而改变光束路径。防止这种情况的一种方法是在使用聚焦 Ion 光束系统之前,将非导电样品涂覆在导电材料(如金、金铂或碳)中。标准聚焦型电离束通过从电子相互作用中收集分散的二次电子来拍摄样品的图像。在聚焦的Ion光束的同一腔中,也通常将扫描电子显微镜光束包括在内。

对于这些组合系统,一旦聚焦 Ion 光束完成,扫描电子显微镜用于拍摄样品的图像。两个梁的排列角度相对为 54 度。样品必须位于电束和电子束的焦点处。这称为重合-中心点。在下一节中,我们将使用聚焦的 Ion 光束将徽标磨在头发上,以展示该技术的出色精度。

处理样品或触摸聚焦式 Ion 光束扫描电子显微镜的内部组件时,请务必戴上硝基手套。

在这个实验中,我们将JoVE标志磨在头发上。首先,使用碳胶带将一缕头发粘在显微镜根上。在铣削头发之前,必须将其涂覆在导电材料中。使用溅射涂层,将头发涂在金铂的纳米中。一旦头发被涂覆,我们可以将样品加载到聚焦的Ion光束中。将包含头发的显微镜存根放入聚焦的 Ion 光束加载室。

一旦样品加载,成像室被泵下来,打开聚焦的Ion光束和电子枪。在低放大倍率下,并使用二次电子成像,定位样品以达到重合-中心点。这通常在 5 毫米工作距离和 54 度舞台倾斜处执行。

要查找中心点,请沿倾斜方向或沿 m 轴调整向上舞台运动。当舞台从零度倾斜到 54 度时,不应丢失现场视图。将 Ion 光束加速电压调整为 32 千伏,将孔径电流调整为 5 个皮安,以便聚焦光束,将剂量电平调整为 2。

专注于约 15 微米乘 15 微米的区域。这是我们将磨我们的标志。

现在,将 Aperture 电流调整为 700 皮孔,以研磨徽标。将要铣削的阵列加载到聚焦的 Ion 梁中。在这种情况下,使用文本函数创建 JoVE 徽标。装载徽标后,开始铣削过程。根据徽标的复杂性,此过程需要 15 到 30 分钟。铣削完成后,可以拍摄头发的图像。

从聚焦的电离束到扫描电子显微镜的变化。更改角度,使图像现在垂直于 SEM,并在 5 千伏的加速电压下对区域进行成像。此过程完成后,即可检查映像。

正如您所看到的,聚焦的 Ion 光束将 JoVE 徽标磨碎到一根头发上。

此图像演示了聚焦 Ion 光束的精密铣削能力。徽标的宽度约为 30 微米 x 10 微米,像素大小为 30 纳米。

现在,您已经熟悉了聚焦 Ion 光束系统的功能,让我们来看看使用聚焦 Ion 光束的一些方法。可通过断层成像创建样本中微结构的三维图像。

聚焦的 Ion 光束铣刀为样品层,然后拍摄暴露表面的图像。这张老鼠大脑部分结构的图像由1600张图像组成,深度分辨率为5纳米。

聚焦的Ion光束可以为分层半导体中欧米接触的纳米制造提供一种手段。通过使用前体气体,防止半导体表面溅射和电子植入。金属离子沉积在表面以提供电流通路。

您刚刚观看了 JoVE 的聚焦子梁简介。您现在应该了解聚焦子梁及其相互作用背后的原则。

您还应了解聚焦 Ion 光束技术的许多主要应用,包括成像、铣削、样品表征和 Ion 沉积。

谢谢你的收看。

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