Гелиевый ионный микроскоп

Гелий-ионный микроскоп ( английский сканирования гелия ионный микроскоп , ШИМ ) представляет собой метод визуализации , который основан на том факте , что гелий - ионный пучок сканирует объект , который будет рассмотрен. Процедура аналогична сканирующему электронному микроскопу . Гелий-ионный микроскоп был разработан Биллом Уордом, в частности, в американской компании ALIS, которая в 2006 году была передана Carl Zeiss Microscopy . На данный момент (2014 г.) это единственный производитель такого устройства.

Структура и генерация пучка

В замороженном аппарате , который находится в высоком вакууме , высокое напряжение генерирует ионы гелия в сильном электрическом поле рядом с заостренной вольфрамовой иглой: атомы гелия испускают электроны (через туннельный эффект ) к вольфрамовой игле и затем ускоряются от иглы. Пучок ионов гелия подготовлен, т.е. ЧАС. связать и направить и направить к исследуемому материалу. Измеряются интенсивности луча, проходящего через образец, и луча, отраженного образцом, а также количество генерируемых вторичных электронов.

Сравнение со сканирующим электронным микроскопом

Технология SHIM имеет ряд преимуществ перед растровым электронным микроскопом:

  • Разрешающая способность микроскопов имеет теоретический предел, то разрешение Абб предел, который , главным образом , данную длиной волны света или длину волны Де Бройль пучка частиц. Из-за большей массы частиц пучок ионов гелия имеет более короткую длину волны, чем сопоставимый электронный пучок, и, таким образом, соответствующее разрешение SHIM, которое может быть достигнуто только в теоретическом идеальном случае, лучше, чем у электронного микроскопа. На практике, однако, этот предел разрешения вряд ли играет роль для обоих типов микроскопов: даже при относительно небольших ускоряющих напряжениях длина волны электронного пучка составляет менее одного нанометра, а для электронов 10 кВ при 12,3 пм это далеко от разрешения, которое реально может быть достигнуто.
  • Когда пучок ионов проникает в образец, пучок расширяется меньше, чем пучок электронов с той же энергией. Это уменьшает область информации относительно поперечной протяженности и, таким образом, улучшает разрешение (точность). В сканирующих электронных микроскопах широкое рассеяние электронов создает так называемую колбу возбуждения с диаметром от более 100 нм до нескольких микрометров.
  • В рабочем режиме с самым высоким разрешением ионы гелия приходят из области, близкой к одиночному атому, т.е. ЧАС. из почти точечного источника.
  • По сравнению с электронным пучком выход вторичных электронов относительно высок. Поскольку они обнаруживаются, их количество определяет значение серого каждого отдельного элемента изображения; Таким образом, SHIM может создавать изображения с более высокой контрастностью при той же интенсивности первичного луча.
  • Как и в сканирующем электронном микроскопе, детекторы в SHIM обеспечивают богатые информацией изображения, отражающие топографические , материальные, кристаллографические и электрические свойства образца.
  • Исследования показывают, что с помощью SHIM доля обнаруженных электронов, приходящих из глубины образца, значительно меньше, т.е. То есть вторичные электроны, образующиеся на глубине, достигают поверхности или детектора труднее. Поэтому записи более чувствительны к поверхности. Однако современные сканирующие электронные микроскопы с улучшенными характеристиками изображения с ускоряющим напряжением менее 1 кэВ могут достичь аналогичных улучшений.
  • Глубина резкости SHIM больше, чем у растрового электронного микроскопа.
  • Ионный пучок повреждает полимеры меньше, чем электронный пучок.

Сравнение с другими микроскопами со сфокусированным ионным пучком

Устройства с сфокусированным ионным пучком обычно работают с ионами галлия для обработки поверхностей в микрометровом диапазоне. Из-за малой массы ионов гелия эффект распыления намного ниже, но он все еще присутствует и также может быть использован. Однако систематических исследований повреждения субстрата нет.

Микроскопы, представленные на рынке с 2007 года, имеют увеличение до одного миллиона раз и разрешение не менее 0,75 нм. Рекорд разрешения 0.24 нм был объявлен 21 ноября 2008 года. Однако это значение трудно сравнивать, поскольку здесь измеряется ширина края, а не минимальное расстояние между двумя объектами (как в случае обычного стандарта).

литература

  • Билл Уорд, Джон А. Нотт, Николас П. Эконому: гелий-ионная микроскопия. Луч отдельных ионов гелия создает изображения, которые бросают вызов SEM и другим технологиям микроскопии . В кн . : Спектры фотоники . лента 41 , нет. 8 , 2007, с. 68-70 ( онлайн [PDF]).

веб ссылки

Индивидуальные доказательства

  1. ↑ Пресс-релиз Nanotechwire, анонсирующий новый микроскоп, получен 13 декабря 2006 г. ( памятная записка от 7 ноября 2007 г. в Интернет-архиве )
  2. ↑ Патент US7368727 : Источник ионов атомарного уровня, способ изготовления и эксплуатации. Зарегистрировано в 2004 г. , опубликовано в 2008 г. , изобретатель: Билли Уорд. ‌
  3. ↑ BW Ward, John A. Notte, NP Economou: Гелиевый ионный микроскоп: новый инструмент для наноразмерной микроскопии и метрологии . лента 24 . АВС, 2006, с. 2871-2874 , DOI : 10,1116 / 1,2357967 .
  4. ^ A b c Дэвид К. Джой: Сканирующая ионно-лучевая микроскопия He + и метрология . 2013 Международная конференция по границам определения характеристик и метрологии для наноэлектроники, 25.-28. Март 2013 г. (слайды презентации в Национальном институте стандартов и технологий (NIST), Гейтерсбург, штат Мэриленд, США, (PDF, 3,5 МБ), презентация гелий-ионной микроскопии и сравнение с электронной микроскопией).
  5. ^ Carl Zeiss SMT официально представляет гелиевый ионный микроскоп ORION ™ на выставке Microscopy & Microanalysis 2007
  6. ↑ Carl Zeiss поставляет первый гелиевый ионный микроскоп
  7. ↑ Carl Zeiss SMT AG - Подразделение нанотехнологических систем: Orion PLUS Essential Specification  ( страница больше не доступна , поиск в веб-архивах ) (просмотрено 24 октября 2008 г .; PDF; 1,5 МБ)@ 1@ 2Шаблон: Dead Link / www.smt.zeiss.com
  8. ↑ Fabtech.org: Запись разрешения микроскопии, заявленная Carl Zeiss , 21 ноября 2008 г. (по состоянию на 22 ноября 2008 г.)
  9. ^ Carl Zeiss SMT Пресс - релиз: Carl Zeiss устанавливает новый мировой рекорд в микроскопией Разрешение сканирования с помощью ионов гелия ( Memento с 1 мая 2009 года в Internet Archive ) . 21 ноября 2008 г. (по состоянию на 22 ноября 2008 г.)