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Faisceaus d'ions concentrés

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Le faisceau d'ions focalisés est un instrument qui peut être utilisé pour fabriquer, tailler, analyser et caractériser les matériaux à l'échelle micro et nano. Les faisceaux d'ions concentrés sont utilisés dans une grande variété de domaines, allant de l'électronique à la médecine.

Les systèmes de faisceau d'ions concentrés accélèrent les ions métalliques liquides dans le vide pour former un faisceau. À l'aide d'une série de lentilles électromagnétiques, le faisceau peut être concentré sur une zone d'environ 10 nanomètres de diamètre. Lorsque les ions des faisceaux d'ions focalisés frappent la cible, une partie du matériel cible est crachée.

Aux courants de faisceau primaire bas, très peu de pulvérisation se produit et le faisceau peut être employé pour l'imagerie. À des courants plus élevés, les atomes de surface sont éjectés. Cela permet de pulvériser le site spécifique ou de broyage à grande échelle d'échantillons.

Focused Ion Beam Systems créer un faisceau d'ions métalliques liquides sous vide afin de moudre le matériel à partir d'un échantillon ou de prendre une image de celui-ci. À l'intérieur du système focalisé de faisceau d'ions, les ions de métal liquide, habituellement le gallium, sont extraits d'un filament. Les ions sont accélérés par l'application de la tension, puis une série de lentilles électromagnétiques concentre le faisceau sur la cible. Les ions métalliques entrent en collision avec le matériau dans l'échantillon un peu comme une boule de queue fait lors de la frappe boules de billard. À basse énergie, un ion métallique élimine les électrons secondaires, qui peuvent être recueillis pour former une image de la surface cible. Aux énergies plus élevées, les ions peuvent transférer assez d'énergie cinétique aux atomes dans le matériau pour surmonter leurs énergies de liaison de surface et se disperser dans le vide. C'est ce qu'on appelle Sputtering.

Les faisceaux d'ions concentrés peuvent utiliser le pulvérisation pour percer des trous à des sites spécifiques, des motifs de moulin sur une cible, ou même enlever la couche de surface d'un échantillon. En supprimant à plusieurs reprises et uniformément une couche et l'imagerie de la région, des images tridimensionnelles d'un échantillon peuvent être construites. Un pourcentage des ions métalliques utilisés par le faisceau sont implantés dans l'échantillon. Après l'impact initial, un ion continue de perdre de l'énergie à la suite d'une série de collisions jusqu'à ce qu'il s'arrête à l'intérieur de l'échantillon. Le dépôt de vapeur chimique peut également être accompli en déployant de petites quantités de molécules de gaz précurseur à la surface du matériau et en utilisant les ions empiétés pour faciliter une réaction chimique, dans laquelle le gaz Précurseur se décompose et une partie de celui-ci est déposés sur la surface avec certains des ions empiéssants. En raison de l'accumulation d'ions métalliques sur ou à l'intérieur du matériau, et de la diffusion d'électrons secondaires à partir de la surface, il est possible que la charge puisse s'accumuler sur une cible non conductrice.

Cette accumulation de charge peut créer des champs électrostatiques supplémentaires qui modifient le chemin du faisceau. Une façon d'éviter cela est d'enduire des échantillons non conducteurs dans un matériau conducteur comme l'or, l'or-palladium ou le carbone, avant d'utiliser le système de faisceau d'ions ciblés. Un faisceau d'ions focalisés standard prend une image de l'échantillon en recueillant les électrons secondaires dispersés des interactions ioniques. Il est également courant d'inclure un faisceau de microscope électronique à balayage dans la même chambre que le faisceau d'ions focalisés.

Pour ces systèmes combinés, une fois le faisceau d'ions focalisés terminé, le microscope électronique à balayage est utilisé pour prendre une image de l'échantillon. Les deux poutres sont disposées à un angle de 54 degrés par rapport à l'autre. L'échantillon doit être au point focal du faisceau d'ions et du faisceau d'électrons. C'est ce qu'on appelle le point coïncident-eucentrique. Dans la section suivante, nous utiliserons un faisceau d'ions focalisés pour moudre un logo sur un cheveu afin de démontrer la précision remarquable de la technique.

Assurez-vous de porter des gants nitriles lorsque vous manipulez l'échantillon ou que vous touchez des composants internes du microscope électronique à balayage à faisceau ion ciblé.

Dans cette expérience, nous allons moudre le logo JoVE sur un cheveu. Tout d'abord, coller une mèche de cheveux sur un talon de microscope à l'aide de ruban adhésif carbone. Avant que les cheveux puissent être moulus, ils doivent être enduits dans un matériau conducteur. À l'aide d'un enduit de sputter, enrober les cheveux d'un nanomètre de Gold-palladium par exemple. Une fois que les cheveux sont enduits, nous pouvons charger l'échantillon dans le faisceau d'ions concentrés. Placez le talon microscope contenant les cheveux dans la chambre de chargement focalisée de faisceau d'ion.

Une fois que l'échantillon est chargé et que la chambre d'imagerie est pompée, allumez le faisceau d'ions concentrés et le pistolet à électrons. À un grossissement faible, et en utilisant l'imagerie électronique secondaire, orienter l'échantillon pour atteindre le point Coïncident-Eucentrique. Ceci est généralement effectué à une distance de travail de cinq millimètres et une inclinaison de scène de 54 degrés.

Pour trouver le point eucentrique, ajustez le mouvement de l'étape ascendante dans la direction de l'inclinaison ou le long de l'axe m. Il ne devrait pas y avoir de perte de vue sur le terrain lorsque la scène est inclinée de zéro à 54 degrés. Ajustez la tension d'accélération de faisceau d'ion à 32 kilovolts, le courant d'ouverture à cinq picoampères afin de concentrer le faisceau, et le niveau de dose à deux.

Concentrez-vous sur une zone d'environ 15 micromètres par 15 micromètres. C'est là que nous allons moudre notre logo.

Maintenant, ajustez le courant d'ouverture à 700 picoamperes pour moudre le logo. Chargez le motif à moudre dans le faisceau d'ions concentrés. Dans ce cas, le logo JoVE est créé à l'aide de la fonction texte. Une fois le logo chargé, commencez le processus de fraisage. Selon la complexité du logo, ce processus prendra entre 15 et 30 minutes. Une fois le fraisage terminé, une image des cheveux peut être prise.

Passer du faisceau d'ions focalisés au microscope électronique à balayage. Changer l'angle de sorte que l'image est maintenant perpendiculaire à la SEM et l'image de la zone à une tension d'accélération de cinq kilovolts. Lorsque ce processus est terminé, vous êtes prêt à examiner l'image.

Comme vous pouvez le voir, le faisceau d'ions focalisés a broyé le logo JoVE sur une seule mèche de cheveux.

Cette image démontre les capacités de fraisage de précision des faisceaux d'ions concentrés. La largeur du logo est d'environ 30 micromètres par 10 micromètres, avec une taille de pixel de 30 nanomètres.

Maintenant que vous connaissez les capacités de Focused Ion Beam Systems, examinons certaines façons d'utiliser les faisceaux d'ions ciblés. Des images tridimensionnelles de microstructures à l'intérieur d'un échantillon peuvent être créées par imagerie tomographique.

Le faisceau d'ions focalisés mouline une couche de l'échantillon, puis une image est prise de la surface exposée. Cette image des structures d'une section du cerveau rat se compose de 1600 images, avec une résolution de profondeur de cinq nanomètres.

Les faisceaux d'ions ciblés peuvent fournir un moyen pour la nanofabrication des contacts Ohmic dans les semi-conducteurs superposés. Grâce à l'utilisation d'un gaz précurseur, le pulvérisation de surface de semi-conducteur et l'implantation d'ion sont empêchés. Les ions métalliques sont déposés à la surface pour fournir des voies de courant.

Vous venez de regarder introduction de JoVE à Focused Ion Beams. Vous devez maintenant comprendre les Principes derrière focused Ion Beams et leurs interactions.

Vous devez également être au courant de plusieurs des applications primaires de la technologie focused Ion Beam, qui comprennent l'imagerie, le fraisage, la caractérisation de l'échantillon, et le dépôt d'ions.

Merci d'avoir regardé.

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