ZEISS ORION NanoFab

ZEISS ORION NanoFab — сканирующий гелиевый ионный микроскоп. Он изображает поверхности объектов с разрешением 0,5 нм. В отличии от сканирующих электронных микроскопов, ZEISS ORION NanoFab изображает поверхность с помощью пучка ионов гелия. Ионы гелия в 7000 раз тяжелее электронов, поэтому ионный пучок гелия практически не подвержен дифракции. Пучок ионов фокусируется в очень маленькое пятно - диаметр гелиевого зонда ZEISS ORION NanoFab 0,24 нм. Кроме этого, глубина резкости ZEISS ORION NanoFab в 10 раз больше, чем для сканирующих электронных микроскопов.

Минимальный ток пучка сканирующего гелиевого ионного микроскопа 0,1 пА. Поэтому ZEISS ORION NanoFab исследует диэлектрические материалы без зарядки поверхности и связанных артефактов. При этом применение ионов увеличивает эффективность генерации вторичного сигнала.

ZEISS ORION NanoFab решает задачи обратной инженерии и формирования трехмерных нанообъектов. Он создает небольшие прототипы - для доказательства физики и химии новых устройств и новых резистов.

Для модификации поверхности ZEISS ORION NanoFab бомбардирует образцы ионами гелия, неона и галлия:

• Пучок галлия удаляет материал с поверхности в микронном диапазоне.
• Неоновый пучок точно обрабатывает объекты на поверхности размером 10-100 нм.
• Гелиевый пучок ZEISS ORION NanoFab создает устройства и структуры с характерными размерами элементов менее 10 нм.

Детектор вторичной ионной масс-спектрометрии ZEISS ORION NanoFab использует пучок ионов неона для аналитических исследований образцов. С его помощью ZEISS ORION NanoFab определяет элементный состав от водорода до урана с изотопным разрешением. При этом латеральное разрешение ZEISS ORION NanoFab превосходит аналогичные показатели ВИМСов.

ZEISS ORION NanoFab бомбардирует образцы ионами гелия, неона и галлия. Ионы галлия генерирует хорошо известный источник на основе жидкого металла. Галлий - ионная колонна выдает токи до 100 нА и размер зонда до 3,0 нм. Она полностью соответствует колоннам двухлучевых электронно-ионных микроскопов, к примеру ZEISS Crossbeam 550.

А вот пучок ионов гелия или неона ZEISS ORION NanoFab формирует иначе - с помощью технологии газового полевого ионного источника. С ее помощью пучок ионов формируется в области размером один ангстрем. В результате возникает крайне яркий пучок ионов.

ZEISS ORION NanoFab in-situ заостряет кончик источника ионов до трех атомов. Острие источника из трех атомов называется тример. Как только образуется тример, струя атомов гелия или неона начинает обдувать острие источника в высоком вакууме при криогенной температуре. Высокое напряжение на источнике приводит к возникновению большой напряженности электрического поля на острие. Атомы гелия или неона притягиваются к острию и ионизируются. Так как ионизация происходит вблизи одиночного атома, то результирующий пучок ионов исходит из области с размером один ангстрем.

Ионы гелия в 7000 раз тяжелее электронов, а ионы неона тяжелее электронов в 40000 раз. Как следствие, характеристическая длина волны ионов гелия и неона много меньше длины волны электронов. Поэтому ионы слабо дифрагируют при прохождении сквозь отверстия или вдоль краев. Это снижает дифракционные эффекты при изображении и модификации поверхности. Дифракция также серьезно ограничивает минимальный размер пятна фокусировки в сканирующих электронных микроскопах. Вследствие того, что ионный пучок гелия или неона практически не подвержен дифракции, его можно сфокусировать в очень маленькое пятно - диаметр гелиевого зонда ZEISS ORION NanoFab 0,24 нм. Благодаря маленькой площади взаимодействия пучка частиц с поверхностью ZEISS ORION NanoFab изображает поверхность с разрешением просвечивающих микроскопов и модифицирует образцы точнее двухлучевых электронных микроскопов. Причем для качественного изображения не требуются высокие зондовые токи – ZEISS ORION NanoFab исследует чувствительные к току образцы.

ZEISS ORION NanoFab создает опытные образцы. К примеру, эффект близости в литографии ограничивает минимальную воспроизводимую ширину линий. ZEISS ORION NanoFab использует ионы и эффект близости меньше, чем при применении пучка электронов.