Tehnologia fasciculului de ioni focalizat (FIB) a devenit o parte esențială a progreselor tehnologice moderne, în special în fabricarea semiconductorilor și nanofabricare. Deși tehnologia FIB este bine cunoscută, istoria și dezvoltarea sa nu sunt pe scară largă. Fasciculul de ioni focalizat (FIB) este un instrument de micro-tăiere care utilizează lentile electromagnetice pentru a focaliza un fascicul de ioni într-o zonă foarte mică. FIB implică accelerarea ionilor dintr-o sursă de ioni (majoritatea FIB-urilor utilizează Ga, dar unele dispozitive au surse de ioni He și Ne) și apoi focalizarea fasciculului pe suprafața probei.
Microscop electronic cu scanare cu fascicul de ioni focalizat CIQTEK DB550 (FIB-SEM)
Originea tehnologiei FIB
Începând cu secolul XX, nanotehnologia s-a dezvoltat rapid ca un domeniu emergent în știință și tehnologie. În prezent, nanotehnologia reprezintă una dintre domeniile de avangardă ale progresului științific și tehnologic și are implicații semnificative pentru dezvoltarea economică și socială ca strategie națională. Nanostructurile au proprietăți unice datorită unităților lor structurale care se apropie de lungimea de coerență a electronilor și de lungimea de undă a luminii, ceea ce duce la efecte de suprafață și interfacială, efecte de dimensiune și efecte de dimensiune cuantică. Acestea prezintă multe caracteristici noi în electronică, magnetism, optică și mecanică și dețin un potențial enorm în aplicațiile dispozitivelor de înaltă performanță. Dezvoltarea de structuri și dispozitive nanoscalare noi necesită avansarea unor tehnici de micro-nanofabricare precise, multidimensionale și stabile. Procesele de micro-nanofabricare sunt extinse și implică în mod obișnuit tehnici precum implantarea de ioni, fotolitografia, gravarea și depunerea de pelicule subțiri. În ultimii ani, odată cu tendința de miniaturizare în procesele moderne de fabricație, tehnologia fasciculului de ioni focalizat (FIB) a fost aplicată din ce în ce mai mult în fabricarea de micro-nanostructuri în diverse domenii, devenind o tehnică indispensabilă și importantă în micro-nanofabricare.
Tehnologia FIB este dezvoltată pe baza sistemelor convenționale cu fascicul de ioni și fascicul de electroni focalizat și este în esență aceeași. Comparativ cu fasciculele de electroni, FIB scanează suprafața probei folosind un fascicul de ioni generat de o sursă de ioni după accelerare și focalizare. Deoarece ionii au o masă mult mai mare decât electronii, chiar și cei mai ușori ioni, cum ar fi ionii H+, au o masă de peste 1800 de ori mai mare decât electronii. Acest lucru permite fasciculului de ioni nu numai să obțină capacități de imagistică și expunere similare fasciculelor de electroni, dar și să utilizeze masa grea a ionilor pentru a pulveriza atomii de pe suprafețele solide, ceea ce îl face un instrument de procesare directă. FIB poate, de asemenea, induce depunerea atomilor pe suprafața materialului probei prin combinarea cu gaze chimice. Prin urmare, FIB este un instrument cu aplicabilitate largă în micro-nanofabricare.
Dezvoltarea surselor de ioni
În dezvoltarea tehnologiei FIB, avansarea surselor de ioni cu luminozitate ridicată a fost crucială. Sursele timpurii de ioni de gaz și sursele de ioni de metal lichid (LMIS) au pus bazele tehnologiei FIB. În 1974, Seliger și Fleming au folosit pentru prima dată o sursă de ioni de gaz pentru implantarea de ioni fără mască și expunerea la rezist, confirmând potențialul acestei tehnologii. Ulterior, Orloff și Swanson au dezvoltat sursa de ioni pentru câmp de gaz, care avea o rezoluție ridicată, dar o aplicație industrială limitată din cauza cerinței de temperaturi scăzute. Sursa de ioni de metal lichid, pe de altă parte, a avut mai mult succes datorită luminozității ridicate a ionilor și ușurinței în operare, punând bazele sistemelor FIB moderne bazate pe LMIS cu Ga.
Aplicații ale tehnologiei FIB
Tehnologia FIB își găsește o gamă largă de aplicații, inclusiv implantarea ionică, frezarea, chimia suprafețelor, litografia, microanaliza materialelor și microscopia ionică cu scanare. În 1987, J. Melngailis a publicat o analiză cuprinzătoare a aplicațiilor FIB, subliniind potențialul tehnologiei FIB în multiple domenii.
