Feix d'ions enfocat

El feix d'ions enfocat, també conegut com a FIB, és una tècnica utilitzada especialment en la indústria dels semiconductors, la ciència dels materials i cada cop més en el camp biològic per a l'anàlisi, la deposició i l'ablació de materials específics del lloc. Una configuració FIB és un instrument científic que s'assembla a un microscopi electrònic d'exploració (SEM). Tanmateix, mentre que el SEM utilitza un feix d'electrons enfocat per imatge de la mostra a la cambra, una configuració de FIB utilitza un feix d'ions enfocat. El FIB també es pot incorporar en un sistema amb columnes de feix d'electrons i ions, la qual cosa permet investigar la mateixa característica utilitzant qualsevol dels feixos. No s'ha de confondre FIB amb l'ús d'un feix d'ions enfocats per a la litografia d'escriptura directa (com en l'escriptura del feix de protons). En general, són sistemes força diferents on el material es modifica per altres mecanismes.^[1]

Els instruments més estesos utilitzen fonts d'ions metàl·lics líquids (LMIS), especialment fonts d'ions de gal·li. També hi ha fonts d'ions basades en or elemental i iridi. En un LMIS de gal·li, el metall de gal·li es posa en contacte amb una agulla de tungstè i el gal·li escalfat mulla el tungstè i flueix cap a la punta de l'agulla, on les forces oposades de tensió superficial i camp elèctric formen el gal·li en una punta en forma de cúspide anomenada un con de Taylor. El radi de la punta d'aquest con és extremadament petit (~ 2 nm). L'enorme camp elèctric en aquesta petita punta (més d' 1×10⁸ volts per centímetre) provoca la ionització i l'emissió de camp dels àtoms de gal·li.

Aleshores, els ions font generalment s'acceleren a una energia d' 1–50 quiloelectronvolts (0.16–8.01 fJ) i enfocat a la mostra mitjançant lents electroestàtiques. LMIS produeix feixos iònics d'alta densitat de corrent amb una dispersió d'energia molt petita. Un FIB modern pot lliurar desenes de nanoamperes de corrent a una mostra, o pot imatge de la mostra amb una mida de punt de l'ordre d'uns pocs nanòmetres.^[2]

Els sistemes de feix d'ions focalitzats (FIB) s'han produït comercialment durant aproximadament vint anys, principalment per a grans fabricants de semiconductors. Els sistemes FIB funcionen de manera similar a un microscopi electrònic d'escaneig (SEM), excepte, en lloc d'un feix d'electrons i com el seu nom indica, els sistemes FIB utilitzen un feix d'ions finament enfocat (generalment gal·li) que es pot operar a corrents de feix baix. per a imatges o amb corrents de feix alt per a la polsadora o el fresat específic del lloc.

Tal com mostra el diagrama de la dreta, el feix d'ions primaris de gal·li (Ga+) impacta a la superfície de la mostra i fa polsar una petita quantitat de material, que deixa la superfície com a ions secundaris (i+ o i−) o àtoms neutres (n⁰). El feix primari també produeix electrons secundaris (e ^-). Com a ràsters de feix primari a la superfície de la mostra, el senyal dels ions o electrons secundaris es recull per formar una imatge.

Fins fa poc, l'ús aclaparador de FIB ha estat a la indústria dels semiconductors. Aplicacions com l'anàlisi de defectes, la modificació de circuits, la reparació de fotomàscara i la preparació de mostres de microscopi electrònic de transmissió (TEM) d'ubicacions específiques del lloc en circuits integrats s'han convertit en procediments habituals. Els últims sistemes FIB tenen capacitat d'imatge d'alta resolució; aquesta capacitat, juntament amb la secció in situ, ha eliminat la necessitat, en molts casos, d'examinar exemplars seccionats FIB en un instrument SEM independent.^[3] La imatge SEM encara és necessària per obtenir imatges de màxima resolució i evitar danys a mostres sensibles. Tanmateix, la combinació de columnes SEM i FIB a la mateixa cambra permet utilitzar els avantatges d'ambdues.^[4]