Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005 - lamp.tugraz.at

Methoden
M13: Focused Ion Beam (FIB)
M13: Focused Ion Beam (FIB)
Die Verwendung fokussierter Ionen in einer
Focused Ion Beam (FIB) genannten Anlage
bietet weitreichende Möglichkeiten zur Materialbearbeitung
und -beobachtung. Der generelle
Aufbau eines FIB-Systems ähnelt dem eines Rasterelektronenmikroskops
(REM), unterscheidet sich
jedoch in einigen wesentlichen Punkten. Anstelle
von Elektronen werden Ionen aus einer Flüssigmetallionenquelle
auf die Probe fokussiert. Diese
Quelle besteht zumeist aus einer mit flüssigem
Gallium benetzten Wolframspitze, aus der durch
Anlegen einer Hochspannung Gallium verdampft
und ionisiert wird. Die Ionen werden anschließend
auf typischerweise 5 – 30 keV beschleunigt und
über ein elektrostatisches Linsensystem auf die
Probe fokussiert. Mittels Ablenkspulen kann dieser
Strahl dann bei einem Vakuum von ~10 -6 mbar über
die Probenoberfläche gerastert werden.
die Grundlage für die Materialbearbeitung mit dem
fokussierten Ionenstrahl. Grundsätzlich lässt sich
beliebiges Material mit dem Ionenstrahl bearbeiten,
allerdings gibt es probenabhängige Unterschiede
hinsichtlich Schädigung, Abtragraten usw.
Mittels eines mechanischen Blendensystems
kann der Strahldurchmesser bei einem modernen
FIB-Gerät über weite Bereiche von typischerweise
500 nm –7 nm, und der Ionenstrahlstrom von
20 nA–1 pA variiert werden. Während kleine Strahlströme
bis 1 nA zur Bildaufnahme und zur präzisen
Nano-Materialbearbeitung genutzt werden, sind
Strahlströme >1 nA zum raschen Abtrag größerer
Probenvolumina geeignet.
Die auf der Probenoberfläche einschlagenden
Ionen wechselwirken in vielerlei Hinsicht mit dem
Probenmaterial. Für die Bildgenerierung sind die
entstehenden Sekundärteilchen (Sekundärelektronen
und -ionen) wichtig, welche über verschiedene
Detektoren zur Bildaufnahme genützt werden
können. Vor allem bei Proben mit Gefügestruktur
oder bei polykristallinen Proben kann hierbei der
„Channeling“-Effekt der Ionen ausgenützt werden.
Dieser liefert einen starken, von der Kristallorientierung
abhängigen Bildkontrast (s. Abb. 1). Die
schweren energiereichen Galliumionen übertragen
beim Auftreffen auf die Probenoberfläche aber auch
genügend Energie, um Probenmaterial (Neutralteilchen
und Ionen) aus der Probe herauszuschlagen
(Sputtern, engl. „sputtering“). Dieser Prozess bildet
Abbildung 1:
Channeling-Kontrast. Ioneninduziertes
Sekundärelektronenbild (SE-Bild) eines
Cu-Kristallgefüges. Das Channeling
der Ga + -Ionen verursacht einen starken
Orientierungskontrast der individuellen
Kristallite.
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Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005