पाठ 13.5माइक्रो और नैनोअध्याय 13 · माइक्रो- और नैनोफ़ैब्रिकेशन

फ़ोकस्ड आयन बीम (FIB)

माइक्रोस्कोप के नीचे आयनों की किरण से सामग्री काटती या जोड़ती है

फ़ोकस्ड आयन बीम (FIB) नैनो-स्तर का सैंडब्लास्टर है: गैलियम आयनों की किरण, जिसे कुछ नैनोमीटर चौड़े बिंदु पर फ़ोकस किया जाता है, सतह से एक-एक छोटे क्षेत्र के परमाणुओं को उखाड़ती है। यही किरण तस्वीरें भी ले सकती है और थोड़ी गैस के साथ छोटी धातु संरचनाएँ भी बना सकती है। चिप बनाने वाले इससे चिप को काटकर खोलते और सुधारते हैं, और वैज्ञानिक इससे नमूनों को इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के लिए इतना पतला काटते हैं।

फ़ोटो: Cm the p, CC BY-SA 3.0, स्रोत: Wikimedia Commons

फ़ोकस्ड-आयन-बीम कॉलम और नमूने का अनुप्रस्थ काट · 6 चरणचित्र आयन कॉलम और उसके नीचे के नमूने का कटा हुआ दृश्य है; घेरे में लिखे नंबर नीचे दिए चरणों से मेल खाते हैं।

यह कैसे काम करती है

आयन बनाएँ। तरल गैलियम बहुत नुकीली नोक वाली सुई को भिगोता है। तेज़ विद्युत क्षेत्र नोक से गैलियम आयन (एक इलेक्ट्रॉन खो चुके परमाणु, जिनमें विद्युत आवेश होता है) खींच लेता है।
त्वरित करें और फ़ोकस करें। आयनों को त्वरित किया जाता है, आम तौर पर लगभग 30 kV तक, और विद्युत लेंस (आवेशित छल्ले जो आवेशित कणों का रास्ता मोड़ते हैं) उन्हें कुछ नैनोमीटर के छोटे बिंदु में समेट देते हैं। एपर्चर (एक छोटा छेद) तय करता है कि कितने आयन गुज़रें: ज़्यादा आयन तेज़ काटते हैं पर बिंदु चौड़ा बनता है।
स्कैन करें। स्कैन प्लेटें किरण को सतह पर प्रोग्राम किए पैटर्न में घुमाती हैं, किसी छोटे CNC टूलपाथ की तरह।
मिल करें। हर आयन सतह से सूक्ष्म तोप के गोले की तरह टकराता है और कुछ परमाणु बाहर निकाल देता है। इसे स्पटरिंग कहते हैं। पास-दर-पास किरण खाइयाँ, छेद या अनुप्रस्थ काट खोदती है, जिनकी दीवारें दसियों नैनोमीटर तक सटीक होती हैं।
तस्वीर लें। टक्करें इलेक्ट्रॉनों को भी ढीला कर देती हैं। डिटेक्टर उन्हें इकट्ठा करके तस्वीर बनाता है, स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप की तरह; ज़्यादातर मशीनों में कोमल इमेजिंग के लिए असली इलेक्ट्रॉन कॉलम भी होता है।
जमा करें या उठाकर निकालें। एक सुई प्लैटिनम या टंगस्टन वाली गैस छिड़कती है। जहाँ किरण पड़ती है, गैस टूटकर धातु की परत छोड़ देती है, जिसका उपयोग चिप की वायरिंग बदलने या पतली स्लाइस को छोटी प्रोब से वेल्ड करके उठाकर निकालने में होता है।

मुख्य तथ्य

सामग्री: निर्वात में लगभग कुछ भी: सिलिकॉन, धातुएँ, सिरेमिक, काँच, पॉलिमर, जमे हुए जैविक नमूने
आम पार्ट: चिप के अनुप्रस्थ काट और मरम्मत, इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के लिए पतली स्लाइस (लैमेला), नैनो-पैटर्न, छोटी प्रोब की नोकें
पार्ट का आकार: लगभग 10 nm से दसियों माइक्रोमीटर तक के फ़ीचर, कुछ मिलीमीटर के नमूनों से लेकर पूरे वेफ़र तक
सटीकता: लगभग दस से कुछ दसियों नैनोमीटर
सतह की फ़िनिश: बहुत चिकनी कटी सतहें; सतह में कुछ गैलियम धँसा रह जाता है और एक पतली क्षतिग्रस्त परत बनती है
किस बैच साइज़ के लिए उपयुक्त: इकलौते काम: विश्लेषण, मरम्मत, प्रोटोटाइप
टूलिंग और मशीन की लागत: कोई टूलिंग नहीं; उपकरणों की क़ीमत कई लाख से कुछ दस लाख डॉलर तक
गति: बहुत धीमी: कुछ माइक्रोमीटर चौड़े घन को हटाने में मिनटों से घंटों लग सकते हैं

ताक़तें और सीमाएँ

खूबियाँ

ठीक वहीं काटती है जहाँ आप चुनें, नैनोमीटर स्तर पर, बिना मास्क के
एक ही मशीन में काटती, तस्वीर लेती और धातु जमाती है
लगभग हर ठोस सामग्री पर काम करती है
बन चुकी चिप की मरम्मत या उसकी वायरिंग बदल सकती है

सीमाएँ

बेहद धीमी; सिर्फ़ बहुत छोटे आयतन
गैलियम आयन सतह में धँसकर उसे नुक़सान पहुँचाते हैं
महँगा उपकरण, निर्वात और कुशल ऑपरेटर
क्रमिक, एक बार में एक बिंदु: उत्पादन के लिए अनुपयुक्त

कहाँ इस्तेमाल होती है

सेमीकंडक्टरफ़ेल्योर विश्लेषण, ख़राब चिप के अनुप्रस्थ काट, प्रोटोटाइप पर सर्किट में बदलाव
माइक्रोस्कोपीट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपों के लिए पतली स्लाइस
पदार्थ विज्ञानधातुओं, बैटरियों, चट्टानों की 3D "स्लाइस एंड व्यू" इमेजिंग
नैनो-फ़ैब्रिकेशननैनो-पैटर्न, नैनो-रंध्र, प्रोब माइक्रोस्कोपों की नोकें
जीव विज्ञानजमी हुई कोशिकाओं की पतली स्लाइस (क्रायो-FIB)

इसे कैसे पहचानें

आप इसे देख नहीं सकते। FIB के कट आँख के लिए बहुत ही छोटे होते हैं; आप किसी प्रोडक्ट पर उन्हें कभी नहीं पहचान पाएँगे। इसका काम आपके फ़ोन और लैपटॉप की चिप के पीछे छिपा है, जिनके प्रोटोटाइप इससे काटकर खोले, जाँचे और कभी-कभी सुधारे गए थे।
इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के नीचे FIB का काम बिल्कुल आयताकार डिब्बों और खाइयों जैसा दिखता है, जिनकी दीवारें चिकनी और खड़ी होती हैं, और अक्सर पॉलिश की हुई अनुप्रस्थ सतह के सामने सीढ़ीदार गड्ढा होता है।
प्लैटिनम की पट्टियाँ। कटे हुए क्षेत्र के ऊपर बिछाई गई सुरक्षात्मक धातु की पतली पट्टी FIB की ख़ास पहचान है।

तुलना करें

फ़ोटोलिथोग्राफ़ी13.2मास्क के ज़रिए पूरे वेफ़र पर एक साथ पैटर्न बनाती है; FIB बिना मास्क के एक बार में एक बिंदु लिखती है, कहीं धीमी पर लचीली।फ़ेम्टोसेकंड लेज़र मशीनिंग13.6यह भी बिना टूल के सटीकता से सामग्री हटाती है, पर कहीं तेज़ और नैनोमीटर की जगह माइक्रोमीटर के पैमाने पर।सिंकर EDM6.6चिंगारियों से मिलीमीटर के पैमाने पर धातु हटाती है; FIB आयनों से परमाणु हटाती है।

देखें

Penn State MRI · उपकरण और उसके काम का साफ़ प्रयोगशाला परिचय

AIF NC State University · ऑपरेटर की स्क्रीन पर दिखती लाइव मिलिंग

Covalent · पतली स्लाइस कैसे काटी, प्रोब से वेल्ड की और उठाकर निकाली जाती है

PicoScientific · स्लाइस-एंड-व्यू इमेजिंग जो नमूने को 3D में दोबारा बनाती है

असली तस्वीरें देखें

Wikipedia: Focused ion beam — आयन कॉलम और FIB से बनी संरचनाओं के चित्र
Wikimedia Commons फ़ोटो खोज

याद रखें

गैलियम आयनों की फ़ोकस्ड किरण ठीक वहीं परमाणु हटाती है जहाँ उसे साधा जाए।
वही मशीन काटती, तस्वीर लेती और धातु जमाती है, सब नैनोमीटर के पैमाने पर।
यह विश्लेषण, मरम्मत और प्रोटोटाइप का औज़ार है, बड़े पैमाने के उत्पादन के लिए बहुत धीमा।