Введение в FIB
По мере экспоненциального роста технического прогресса общества.Всё более важным становится миниатюризация структур, материалов и систем до атомного масштаба(Порядка 1-100 нм),всё это позволили наиболее полноценные методики для полного анализа материалов, как FIB - фокусированные ионные пучки, SEM - сканирующая электронная микроскопия, TEM - просвечивающая электронная микроскопия, AFM - атомно-силовая микроскопия. Среди перечисленных выше, FIB становится всё более часто используемым из-за его гибкости в использовании и высокой точности выполняемой работы и возможности выполнения безмасочным методом, позволяющим формировать субмикронные- и наноразмерные структуры путём локального удаления или осаждения материалов.
По сути, весь метод заключен в колонке FIB, которая производит, направляет и фокусирует поток ионов на образце, как с целью травления или осаждения на поверхности, так и в качестве метода визуализации поверхности.На данном этапе в качестве источника ионов используется галлий (Ga+).
Данный метод можно применять для процессов микро- и нано-нарезки твердых материалов (стекла, керамики, металлов) или полупроводников с твердыми подложками. Стоит отметить также возможность нарезания мягких материалов, которые прежде нельзя было нарезать с помощью такого метода по причине их высокой чувствительности, однако новейшие техники включающие в себя применение низкого напряжения, слабого тока, настроенная скорость прохода, заливка смолой, а также доведение камеры содержащей образец до низких температур.
Стоит отметить минусы работы с FIB - низкая производительность процесса, накопление электростатического заряда на поверхности высокоомных и диэлектрических образцов(В данный момент эта проблема уже почти решена), а также генерация радиационных дефектов на обрабатываемой поверхности.
Метод ФИБ решает длинный набор задач микро- и наноэлектроники: анализ внутренней структуры материалов и объектов электроники, формирование образцов для просвечивающей электронной микроскопии, профилирование поверхности твердых тел и структур наноэлектроники, наномеханики и интегральной оптики.
В последнее время метод FIB считается наилучшим методом для подготовки образцов TEM для конкретных участков. Анализ полупроводниковых структур расширяется в связи с необходимостью большего изучения все меньших размерных признаков. Также важна возможность получения элементной информации из области размером до 5 нм в диаметре с помощью энергодисперсионного рентгеновского анализа образцов для ТЭМ. Традиционные методы подготовки образца к ТЭМ были успешны для многих применений, но оказались утомительными и трудными или даже невозможными для использования в специфических работах, тогда как применение фокусированных ионных пучков (FIB) для приготовления образцов для ТЭМ была быстрой и обширной. Следует выделить два существенных преимущества подготовки ФИБ: она специфична для конкретного участка, с точностью позиционирования примерно до диаметра ионного пучка, и может обеспечить большую площадь равномерной толщины. Области, представляющие интерес для подготовки FIB, вышли за рамки полупроводниковых применений, в металлах, керамике, порошках, оптических материалах и биологии.
ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ FIB
Система FIB состоит: колонки FIB, рабочей камеры, вакуумной системы, газовой системы, а также рабочей станции, которая обеспечивает интерфейс пользователя.
1.Ионная колонка.
По теме: "Черное зеркало" - провокационный сериал или суровая реальность?.
Структурно схема ионной колонки аналогична структуре сканирующего электронного микроскопа.Основное различие заключается в использовании ионов Галлия (Ga+) вместо электронов.Внутри самой колонки поддерживается давление между высоким и сверхвысоким вакуумом.Пучок ионов генерируется при помощи вытягивающего напряжения порядка - 7000 В, с током эмиссии 2-10 мкА и диаметров около 5 нм.Электрическое поле вызывает эмиссию положительно заряженных ионов из жидкого конуса галлия, который образуется на кончике вольфрамовой иглы.Энергия ионного пучка обычно составляет от 10-50 кэВ, ток пучка варьируется от 1-20000 пА. Используя механизм переменной апертуры можно варьировать пучок от тонкого пучка для получения изображений с высоким разрешением на чувствительных образцах, так и тяжелого пучка для быстрого и грубого фрезерования.Коммерческие двухлучевые платформы включают в себя как колонну FIB, так и колонну SEM в одной системе(Рисунок 1). Эта комбинация важна для пробоподготовки поперечных сечений с использованием электронного луча для просмотра этой поверхности поперечного сечения, когда ионный пучок измельчает перпендикулярно поверхности образца. Этот мониторинг позволяет останавливать фрезерование именно тогда, когда задача завершена.2.Рабочая камера. Обрабатываемый FIB образец монтируется на специальный пятиосевой столик, внутри рабочей камеры.Загрузка и выгрузка образцов обычно производится через загрузочный блок, чтобы максимально сохранить вакуум внутри рабочей камеры.Загрузка и разгрузка занимает несколько минут.
3.Вакуумная система и система подачи газа. Система вакуумных насосов нужна ждя поддержания такового внутри колонны и рабочей камеры. Большинство FIB оснащены так же системой подачи различных газов на поверхность образца.Газовые контейнеры подключаются к так называемому сопловому блоку внутри вакуумной камеры через соответствующую систему трубопровода.Газы используются с целью более быстрого и селективного травления, а также для осаждения материалов.
4.Интерфейс пользователя. Всё происходящее внутри и снаружи камеры(загрузка и выгрузка образцов(частично),подача газа, включение и выключение насосов, настройка ионного пучка) управляется с помощью управляющей ЭВМ с соответствующим программным обеспечением.
Это будет цикл статей посвященных FIB и ряду других способов, методик.
Стоит еще зайти сюда: Новости науки и техники.
Источник статьи: Fib - фокусированнный ионный пучок, приложение для нанотехнологий(Ч. 1).