El haz de iones enfocado ( FIB , FIB, Focused Ion Beam ) es una técnica ampliamente utilizada en la ciencia de los materiales para el análisis local, la deposición y el grabado de materiales. Una configuración de grabado iónico se asemeja a un microscopio electrónico de barrido . El microscopio electrónico utiliza un haz de electrones , mientras que SIP utiliza partículas más pesadas: iones (con mayor energía cinética ). Hay instalaciones que utilizan ambos tipos de haces. SIP no debe confundirse con un dispositivo para litografía , donde también se utiliza un haz de iones, pero de baja intensidad, y en el grabado las propiedades de la propia resistencia son lo principal.
Las fuentes de iones más comunes en el análisis local son las denominadas fuentes de metales líquidos, que utilizan galio . El punto de fusión del galio es ~ 30 °C .
Además del galio, también se utilizan oro e iridio en las fuentes . En una fuente de galio, el metal calentado entra en contacto con una aguja de tungsteno . El galio humedece el tungsteno y un gran campo eléctrico (más de 10 8 V / cm ) provoca la ionización y la emisión de iones de galio. Luego, los iones se aceleran a una energía de 5-50 keV y se enfocan en la muestra usando una lente electrostática . En las instalaciones modernas, la corriente alcanza decenas de nanoamperios , que se concentran en un punto de varios nanómetros .
Los primeros SIP se crearon a principios de los 90. El principio de funcionamiento del SIP es similar al funcionamiento de un microscopio electrónico con una pequeña pero significativa diferencia: los SIP utilizan un haz de iones en lugar de un haz de electrones.
Los iones de galio después de la aceleración por un campo eléctrico chocan con la muestra. La energía cinética de los iones es suficiente para pulverizar el material de muestra. A corrientes bajas, se elimina una pequeña cantidad de material. En los SIT modernos, se logra una resolución de aproximadamente 5 nm [1] [2] ). A altas corrientes, el haz de iones corta fácilmente la muestra con precisión submicrónica.
Si la muestra está hecha de un material no conductor, los iones se acumulan en su superficie y repelen el haz de iones. Para evitar esto, la carga acumulada es neutralizada por el flujo de electrones. Los SIP más recientes tienen su propio sistema de imágenes, por lo que no es necesario utilizar un microscopio electrónico para controlar el procesamiento [3] .
A diferencia de un microscopio electrónico, CIP "destruye" la muestra. Cuando los iones de galio golpean la superficie de la muestra, "arrancan" los átomos que componen la muestra. Durante el tratamiento de la superficie, los átomos de galio también se implantan a varios nanómetros de profundidad en la muestra. La superficie de la muestra llega entonces a un estado amorfo .
SIP puede tratar la superficie de la muestra muy finamente: es posible eliminar una capa de la superficie a una profundidad igual al tamaño atómico, sin afectar en absoluto a la siguiente capa. La rugosidad de la superficie de la muestra después del tratamiento con un haz de iones es inferior a una micra [4] [5]
La principal diferencia fundamental entre SIB y los métodos de haz de electrones enfocados (como SEM , PREM y EBID ) es el uso de iones en lugar de electrones, lo que cambia significativamente los procesos en la superficie de la muestra bajo estudio. Las características más importantes para las consecuencias de la interacción con la muestra son:
Los iones son más grandes que los electrones.
Los iones son más pesados que los electrones.
Los iones tienen carga positiva y los electrones tienen carga negativa.
Así, los iones tienen carga positiva, son pesados y lentos, mientras que los electrones tienen carga negativa, son pequeños en tamaño y masa, pero tienen mayor velocidad. La consecuencia más importante de las propiedades anteriores es que el haz de iones eliminará átomos de la superficie de la muestra. En este caso, la posición del haz, el tiempo de residencia y el tamaño pueden controlarse bien. Por lo tanto, se puede utilizar para el grabado controlado, hasta la escala nanométrica. [6]
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