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Focused Ion Beam

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Ein '''Focused Ion Beam''' (Abk.: FIB; englisch für „fokussierter Ionenstrahl“) ist ein Gerät zur Oberflächenanalyse und -bearbeitung. Steht der Materialabtrag im Vordergrund, heißt das Verfahren auch Ionendünnung.

Arbeitsprinzip
FIB ist ein Gerät zur Abbildung von Objekten ähnlich einem Rasterelektronenmikroskop Rasterelektronenmikroskop (REM), mit der zusätzlichen Möglichkeit der Manipulation an den Oberflächen durch das kontrollierte Abtragen von Oberflächenschichten bzw. Aufbringen von Materialien wie Wolfram Wolfram, Platin Platin als Leiter_%28Physik%29 Leiter und Silizium Silizium als Nichtleiter Nichtleiter auf Oberflächen. An Stelle der Elektronen werden Ionen Ionen, meist Gallium Gallium, als „abbildender“ Strahl genutzt. Diese Ionen werden typischerweise mit Spannungen von 5-50 kV beschleunigt und erreichen im FIB etwa Stromstärken von 2 pA bis zu 20 nA. Der Ionenstrahl wird mit Hilfe elektrostatischer Linsen auf eine Fläche mit einem Durchmesser von einigen Nanometer fokusiert, dieser "Punkt" wird zeilenweise über die Oberflächen geführt. Dabei treten Elektronen aus der Oberfläche aus, die detektiert werden und eine Abbildung der Oberfläche ermöglichen. Zum Einsatz kommt häufig Gallium wegen der guten Erzeugbarkeit von Ionen mittels einer Flüssigmetall-Ionen-Quelle (liquid metal ion source, LMIS). Gallium wird mittels einer Wolframnadel bis zum Schmelzpunkt erhitzt und in einem Feldemissionsprozess der Ionenstrahl gewonnen.

Wechselwirkungen des Ionenstrahls


mit der (Proben-)Oberflächen
Im Gegensatz zum Elektronenstrahl ist die Wechselwirkung des Ionenstrahls mit der Oberfläche deutlich stärker und es kommt bei dem Abtasten zu Schäden an der Oberfläche durch einen Sputterprozess. Dies wird gezielt eingesetzt, um Materialien im Nanometermaßstab zu bearbeiten. Es kommt zu weiteren Oberflächenprozessen, wie der Einlagerung von Gallium und zur Amorphisierung der Oberfläche.

mit Prozessgasen
Werden Prozessgase in den Ionenstrahl geleitet, z.B. eine komplexe Platinverbindung ((CH_3)_3CH_3C_5H_9Pt), können auch Strukturen aufgebaut werden. Dabei werden die Prozessgase in einen nichtflüchtigen Teil (im Beispiel hier Platin) und einen flüchtigen Anteil aufgespalten, das Platin wird dabei an der Oberfläche angelagert. Andere Prozessgase, wie zum Beispiel Wasser, erlauben ein Ätzen oder ein besseres Abtragen der Materialien.

Anwendungen
Anwendung findet die FIB-Technologie in der Halbleiterindustrie, hauptsächlich zur Fehleranalyse, und in der Forschung. Dort werden Proben für weitere Untersuchungen vorbereitet (z.B. für die Untersuchungen mittels Transmissionselektronenmikroskopie Transmissionselektronenmikroskop (TEM), oder Strukturen hergestellt, die weiter untersucht werden können. Die Möglichkeit, Querschnitte in Materialien herzustellen und dabei extrem geringe mechanische oder thermische Störung zu erzeugen, ermöglicht es, empfindliche Schichten in der Materialforschung besser beurteilt zu können. Weiterhin kann die manipulative Wirkung eines Ionenstrahls gezielt zur Ionenimplantation z.B. in Halbleiterstrukturen genutzt werden. Eine konkrete Anwendung ist die Strukturierung von Distributed_Feedback Rückkopplungsgittern auf Laserdiode Laserdioden durch gerasterte Implantation von Dotierung DotierstoffenHarald König: ''Verstärkungsgekoppelte InGaAsP/InP-DFB-Halbleiterlaserdioden basierend auf Gitterstrukturierung durch fokussierte Ionenstrahllithographie'', Dissertation, Shaker 2002.

Cross Beam bzw. Dual Beam (FIB + REM)
Wird eine FIB-Anlage mit einem Elektronenmikroskop kombiniert, erhält man eine „dual beam“ (Zweistrahl-) oder „cross beam“ Anlage (mit gekreuzten Strahlen), die das gleichzeitige Beobachten und Bearbeiten von Materialien ermöglicht. Hiermit ist es möglich, zielgenau defekte (z.B. einzelne Transistoren in ICs) oder interessante Punkte an einer Probe zu präparieren.

Einzelnachweise


Links


Hersteller

- FEI Dual beam
- Zeiss Crossbeam
- Jeol
- Hitachi
- Orsay Physics

Service Anbieter

- NanoServices Ltd. UK
- Rood Technology Deutschland GmbH + Co, Nördlingen, Germany
- DFG-Centrum für Funktionelle Nanostrukturen bzw. dem [http://www.lem.uni-karlsruhe.de/ Laboratorium für Elektronenmikroskopie] an der Universität_Karlsruhe Universität Karslruhe

Weitere Infos

- European Focused Ion Beam Users Group (EFUG)
- Arbeitskreis FIB (TU-Graz) Kategorie:Oberflächentechnik en:Focused ion beam fr:Sonde ionique focalisée

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