باریکه یونی متمرکز (FIB)

باریکه یونی متمرکز (FIB)
سیستم‌های باریکه یونی متمرکز به صورت تجاری در حدود ۱۰ سال است که تولید می‌شوند. در ابتدا کاربرد آنها فقط در صنعت نیمه‌هادی بوده است. این دستگاه‌ بیشتر شبیه دستگاه میکروسکوپی الکترونی روبشی عمل می‌کند با این تفاوت که در دستگاه‌های FIB به جای اشعه الکترونی از اشعه یون‌های گالیم استفاده می‌شود.دستگاه FIB در جریانهای پایین اشعه یون‌های گالیم برای تصویربرداری و در جریان‌های بالای یون‌های گالیم برای اهداف بخصوصی مانند ماشین‌کاری و یا پاشش اتمی استفاده می‌شود. همانطور که در شکل (۱) مشاهده می‌شود اشعه یون‌های Ga به سطح نمونه برخورد می‌کند و مقداری از اتم‌های سطحی را به صورت یون‌های مثبت یا منفی و یا به صورت اتم‌های خنثی از سطح خارج می‌کند. همچنین از برخورد اشعه یونهای گالیم با سطح الکترونهای ثانویه تولید می‌شود.از سیگنال‌های ناشی از یون‌های خارج شده از سطح و یا الکترون‌های ثانویه برای تصویر برداری استفاده می‌شود. در جریان‌های پایین مقدار کمی از ماده از سطح خارج و کنده می‌شود. بنابراین می‌توان تصاویری با قدرت تفکیک چند نانومتر بدست آورد. در جریان‌های بالاتر نیز مقدار زیادی از سطح کنده می‌شود و می‌توان برای ماشین‌کاری مواد در مقیاس زیر میکرومتر استفاده کرد.در نمونه‌های نارسانا از یک تفنگ الکترونی کم انرژی برای خنثی‌سازی استفاده می‌شود. در این حالت همچنین می‌توان نمونه‌های نارسانا را بدون پوشش‌دهی و رسانا کردن تصویربرداری و یا ماشین‌کاری کرد.قابل ذکر است که در دستگاه های SEM پوشش‌دهی نمونه‌های نارسانا برای تصویربرداری مورد نیاز می‌باشد. علاوه بر اشعه یونی اولیه، می‌توان از اشعه یون‌های دیگر نیز بر روی نمونه استفاده کرد. این گازها می‌توانند با اشعه گالیم اولیه واکنش داده و به عنوان اچ کننده انتخابی سطح به کار روند و یا برای رسوب‌دهی مواد رسانا و یا نارسانا توسط اشعه یون‌های اولیه به کار روند.تا به امروز بیشترین کاربرد دستگاه FIB در صنعت نیمه‌هادی بوده است. برخی از این کاربردها عبارتند از : آنالیز عیوب، بهسازی مدار، تعمیر ماسک‌ها و آماده سازی نمونه‌های TEM.امروزه FIBها قدرت تفکیک بالایی دارند و می‌توان از آنها برای ماشین‌کاری نمونه‌ها به صورت درجا استفاده کرده و همچنین در حین ماشینکاری از نمونه تصویربرداری کرد. علاوه بر کاربردهای FIB در نیمه‌هادی‌ها این دستگاه در علم مواد نیز کاربردهای بسیار زیادی دارد. از قبیل اندازه‌گیری رشد ترک، تغییر فرم کامپوزیت‌های زمینه فلزی، چسبندگی پوشش‌های پلیمری و غیره
قابلیت‌های دستگاه FIB در نیمه‌هادی‌ها و مهندسی مواد: [۲]
۱- اچ کردن به کمک گازهای XeF و XeCl
۲- رسوب‌دهی فلزات
۳- ماشین‌کاری مواد تا قدرت تفکیک چند ده نانومتر
۴- تصویرگیری از سطوح با استفاده از الکترون‌ها و یون‌های ثانویه( این تصاویر می‌توانند با تصاویر SEM رقابت داشته باشند).
۵- تصویرگیری از کنتراست دانه‌ها بدون اچ کردن ماده
۶- بررسی وضعیت شیمیایی سطوح به خصوص در مطالعات خوردگی
۷-مقطع زنی و تصویر برداری از سطوح

مراجع:
۱- http://www.fibics.com
۲- http://www.iisb.fraunhofer.de