Heliumionmikroskop

En helium-ion-mikroskop ( engelsk scanning helium ion mikroskop , shim ) er en avbildningsmetode som, basert på det faktum at en helium - ionestråle skanner objektet som skal undersøkes. Fremgangsmåten er lik den for et skanningelektronmikroskop . Heliumionmikroskopet ble utviklet av Bill Ward blant annet i det amerikanske selskapet ALIS, som ble overtatt av Carl Zeiss Microscopy i 2006 . Dette er for tiden (2014) den eneste produsenten av en slik enhet.

Struktur og bjelkegenerering

I det frosne apparatet , som er under høyt vakuum , genererer en høyspenning heliumioner i det sterke elektriske feltet i nærheten av en spiss wolframnål : Heliumatomer avgir elektroner (gjennom tunneleffekten ) til wolframnålen og akselereres deretter bort fra nålen. Heliumionstrålen fremstilles, dvs. H. buntet og regissert, og rettet mot materialet som skal undersøkes. Intensiteten til strålen som passerer gjennom prøven og strålen som reflekteres av prøven, samt antall sekundære elektroner som blir målt, måles.

Sammenligning med et skanningelektronmikroskop

SHIM-teknologien har flere fordeler i forhold til skanningelektronmikroskopet:

  • Den oppløsningsevne mikroskop har en teoretisk grense, den Abbe oppløsning grense, som er hovedsakelig gitt av bølgelengden til lyset eller av de Broglie bølgelengden av partikkelstråle. På grunn av den større partikkelmassen har en heliumionstråle kortere bølgelengde enn en sammenlignbar elektronstråle, og dermed er den tilsvarende oppløsningen til en SHIM, som bare kan oppnås i det teoretiske ideelle tilfellet, bedre enn et elektronmikroskop. I praksis spiller imidlertid denne oppløsningsgrensen neppe en rolle for begge mikroskoptyper: selv med relativt små akselerasjonsspenninger er bølgelengden til en elektronstråle under ett nanometer, og for 10 kV elektroner klokken 12.3 er det langt fra oppløsningen som faktisk kan oppnås.
  • Når ionestrålen trenger inn i prøven, utvides strålen mindre enn en elektronstråle med samme energi. Dette reduserer informasjonsområdet med tanke på lateral utstrekning og forbedrer dermed oppløsningen (nøyaktighet). Ved skanning av elektronmikroskoper skaper den brede spredningen av elektroner det som er kjent som en eksitasjonspære med en diameter på mer enn 100 nm til noen få mikrometer.
  • I driftsmodus med høyest oppløsning kommer heliumionene fra et område i nærheten av et enkelt atom, dvs. H. fra en nesten punktformet kilde.
  • Sammenlignet med en elektronstråle er utbyttet av sekundære elektroner relativt høyt. Siden disse blir oppdaget, bestemmer antallet deres gråverdien til hvert enkelt bildeelement; SHIM kan derfor levere bilder med høyere kontrast med samme primærstråleintensitet.
  • Som med skannelektronmikroskopet, gir detektorene i SHIM informasjonsrike bilder som gjenspeiler prøvenes topografiske , materielle, krystallografiske og elektriske egenskaper.
  • Undersøkelser viser at med SHIM er andelen oppdagede elektroner som kommer fra dybden av prøven betydelig mindre, dvs. Det vil si at sekundære elektroner generert i dybden vanskeligere når overflaten eller detektoren. Opptakene er derfor mer følsomme for overflaten. Moderne skanneelektronmikroskoper med forbedret bildebehandling med en akselerasjonsspenning på mindre enn 1 keV kan imidlertid oppnå lignende forbedringer.
  • SHIMs dybdeskarphet er større enn for et skanningelektronmikroskop.
  • Ionstrålen skader polymerer mindre enn en elektronstråle.

Sammenligning med andre fokuserte ionestrålemikroskop

Fokuserte ionebjelkeenheter fungerer vanligvis med galliumioner for å behandle overflater i mikrometerområdet. På grunn av den lave massen av heliumionene er forstøvningseffekten mye lavere, men den er fremdeles til stede og kan også brukes. Imidlertid er det ingen systematiske undersøkelser av substratskader.

Mikroskopene som har vært på markedet siden 2007 har en forstørrelse på opptil en million ganger og en oppløsning på minst 0,75 nm. En oppløsningsrekord på 0,24 nm ble kunngjort 21. november 2008. Verdien er imidlertid vanskelig å sammenligne, siden bredden på kanten måles her og ikke (som med normal standard) minimumsavstanden mellom to objekter.

litteratur

  • Bill Ward, John A. Notte, Nicholas P. Economou: Helium-Ion Microscopy. En stråle av individuelle heliumioner skaper bilder som utfordrer SEM og andre mikroskopiteknologier . I: Photonics Spectra . teip 41 , nr. 8 , 2007, s. 68-70 ( online [PDF]).

weblenker

Individuelle bevis

  1. ↑ Nanotechwire pressemelding som kunngjør nytt mikroskop, hentet 13. desember 2006 ( Memento 7. november 2007 i Internet Archive )
  2. ↑ Patent US7368727 : ionekilde på atomnivå og fremgangsmåte for fremstilling og drift. Registrert 2004 , publisert 2008 , oppfinner: Billy W. Ward. ‌
  3. ^ BW Ward, John A. Notte, NP Economou: Heliumionmikroskop: Et nytt verktøy for nanoskala mikroskopi og metrologi . teip 24 . AVS, 2006, s. 2871-2874 , doi : 10.1116 / 1.2357967 .
  4. ^ A b c David C. Joy: Scanning He + Ion Beam Microscopy and Metrology . 2013 International Conference on Frontiers of Characterization and Metrology for Nanoelectronics, 25.-28. Mars 2013 (presentasjonsbilder fra presentasjonen ved National Institute of Standards and Technology (NIST), Gaithersburg, Maryland, USA, (PDF, 3,5 MB), presentasjon av heliumionmikroskopi og sammenligning med elektronmikroskopi).
  5. ^ Carl Zeiss SMT lanserer offisielt ORION ™ heliumionmikroskop ved mikroskopi og mikroanalyse 2007
  6. ^ Carl Zeiss sender første heliumionmikroskop
  7. ↑ Carl Zeiss SMT AG - Nano Technology Systems Division: Orion PLUS Essential Specification  ( siden er ikke lenger tilgjengelig , søk i webarkiver ) (åpnet 24. oktober 2008; PDF; 1,5 MB)@1@ 2Mal: Dead Link / www.smt.zeiss.com
  8. ↑ Fabtech.org: Mikroskopioppløsningsoppføring hevdet av Carl Zeiss , 21. november 2008 (åpnet 22. november 2008)
  9. ^ Carl Zeiss SMT Pressemelding: Carl Zeiss setter ny verdensrekord i mikroskopioppløsning ved hjelp av skannende heliumioner ( Memento fra 1. mai 2009 i internettarkivet ) . 21. november 2008 (åpnet 22. november 2008)