Ionenfeinstrahlanlage (Focused Ion Beam)

Überblick

Quelle: Sina Shahbazmohamadi und Peiman Shahbeigi-Roodposhti-Roodposhti, School of Engineering, University of Connecticut, Storrs, CT

Da Elektronenmikroskope komplexer werden und in Forschungslabors weit verbreitet sind, wird es immer notwendiger, ihre Fähigkeiten einzuführen. Focused ion beam (FIB) ist ein Instrument, das eingesetzt werden kann, um Materialien auf Mico- und Nanoskalen in den unterschiedlichsten Bereichen von der Nanoelektronik bis zur Medizin herzustellen, zu trimmen, zu analysieren und zu charakterisieren. FIB-Systeme können als ein Strahl von Ionen betrachtet werden, die zum Fräsen (Sputtern), Ablagern und Bildmaterial auf Mikro- und Nanoskalen verwendet werden können. Die Ionensäulen von FIBs sind häufig mit den Elektronensäulen von Rasterelektronenmikroskopen (SEMs) integriert.

Ziel dieses Experiments ist es, den Stand der Technik in fokussierten Ionenstrahltechnologien einzuführen und zu zeigen, wie diese Instrumente eingesetzt werden können, um Strukturen herzustellen, die so klein sind wie die kleinsten Membranen, die im menschlichen Körper zu finden sind.

Verfahren

1. Herstellung eines perforierten Filters aus einer 300 nm dicken Siliziumoxidmembran, vergleichbar mit dem endothelialen Zytoplasma der Nieren

Laden Sie die vorbereitete Membran in die FIB-Kammer. Die Membranen werden oft von Fachleuten (bei der Herstellung von Weizensteinbrücken) hergestellt und können an Halbleiter-Fertigungsstandorten erworben werden. Um eine selbst vorzubereiten, muss die Photolithographie verwendet werden. Die Details dieses Prozesses sind im Fotolithographie-Video der "Bioengineering Col

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Anwendung und Zusammenfassung

Dieses Experiment zeigte, wie die Verwendung von Elektronenmikroskopen und fokussierten Ionenstrahlen es Forschern ermöglicht, Mikroskalige Strukturen zu manipulieren und herzustellen. Die molekulare Natur der fokussierten Ionenstrahl-Material-Interaktion bietet FIB eine einzigartige Fähigkeit, Materialien auf mikro- und nanoskalen zu manipulieren. Durch sorgfältige Betrachtung, wie der Strahl mit dem Material interagiert, Ladeartefakte mindern und das System für eine optimale Fräsqu...

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1. Herstellung eines perforierten Filters aus einer 300 nm dicken Siliziumoxidmembran, vergleichbar mit dem endothelialen Zytoplasma der Nieren

Laden Sie die vorbereitete Membran in die FIB-Kammer. Die Membranen werden oft von Fachleuten (bei der Herstellung von Weizensteinbrücken) hergestellt und können an Halbleiter-Fertigungsstandorten erworben werden. Um eine selbst vorzubereiten, muss die Photolithographie verwendet werden. Die Details dieses Prozesses sind im Fotolithographie-Video der "Bioengineering Collection" auf der JoVE-Website zu sehen. HINWEIS: Achten Sie darauf, Bei der Handhabung der Probe oder beim Kontakt mit internen Komponenten des FIB/SEM Nitrilhandschuhe zu tragen. Die Umwelt muss sehr sauber und frei von Hautölen gehalten werden.
Schalten Sie den fokussierten Ionenstrahl und die Elektronenpistole ein und passen Sie die Probe an, um den koinzidenz-euzentrischen Punkt zu erreichen. Dies ist der Punkt, an dem sich der Interessenbereich (die Membran) in der Linie der Elektronen und Ionen für Neigungswinkel von 0-54 Grad befindet.

Stellen Sie den Ionenstrahlstrom und die Beschleunigungsspannung der FIB auf 30kV und 100pA ein und konzentrieren Sie sich auf einen Bereich in der Nähe des zu fräsenden Bereichs. Zeichnen Sie eine Matrix von Kreisen durch das FIB-Fräsprogramm mit einem Durchmesser von etwa 50 nm mit einem Mittleren-Zu-Mitte-Abstand von 150nm (siehe Abbildung 1).
Ändern Sie den Elektronenstrahl und stellen Sie den Bereich bei einer Beschleunigungsspannung von 5kV ab.

Abbildung 1:FIB gefräste Löcher in Siliziumoxidmembran, die Partikelfilter erzeugen.

2. Fräsen eines Logos auf einem Haar

Legen Sie eine Haarsträhne auf einen Mikroskop-Stub mit Carbon-Band
Gold/Carbon beschichten die Haarsträhne mit einem Sputternmantel. Dieses Werkzeug beschichtet die Probe in wenigen Nanometern eines leitfähigen Materials, so dass es mit minimalen Ladeartefakten abgebildet/gesputtert werden kann.
Schalten Sie den fokussierten Ionenstrahl und die Elektronenpistole ein und passen Sie sich dem zufällig-euzentrischen Punkt an.
Stellen Sie den Ionenstrahlstrom und die Beschleunigungsspannung auf 30kV mit einer 100pA-Blende ein und konzentrieren Sie sich auf eine Fläche von etwa 15um x 15um in der Nähe des zu fräsenden Bereichs.
Laden Sie das Muster/Logo, das als Bitmap gefräst werden soll, und stellen Sie den Strahlstrom und die Beschleunigungsspannung ein und starten Sie das Fräsen.
Wechseln Sie zu Elektronenstrahl und bilden Sie den Bereich. Dies ist in Abbildung 2dargestellt.

Abbildung 2:"Happy Holidays" auf einem Spinnennetz mit FIB gefräst.

PLAYLIST

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