धडा 13.5मायक्रो आणि नॅनोप्रकरण 13 · मायक्रो- आणि नॅनोफॅब्रिकेशन

फोकस्ड आयन बीम (FIB)

सूक्ष्मदर्शकाखाली आयनांच्या किरणाने साहित्य काढते किंवा जोडते

फोकस्ड आयन बीम (FIB) म्हणजे नॅनो-स्तरावरचे सँडब्लास्टर: गॅलियम आयनांचा किरण, काही नॅनोमीटर रुंदीच्या ठिपक्यावर फोकस केलेला, पृष्ठभागावरचे अणू एका वेळी एका सूक्ष्म भागातून उडवतो. तोच किरण फोटोही घेऊ शकतो आणि थोड्या वायूच्या मदतीने लहान धातूच्या रचनाही घडवू शकतो. चिप निर्माते चिप्स कापून उघडण्यासाठी आणि दुरुस्त करण्यासाठी याचा वापर करतात, आणि शास्त्रज्ञ इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शकांसाठी नमुने पुरेसे पातळ कापण्यासाठी वापरतात.

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

फोकस्ड-आयन-बीम कॉलम आणि नमुना छेदात · 6 पायऱ्यारेखाचित्र म्हणजे आयन कॉलम आणि त्याखालील नमुन्याचा छेद; वर्तुळातले क्रमांक खालील पायऱ्यांशी जुळतात.

हे कसे चालते

आयन तयार करा. द्रव गॅलियम अतिशय टोकदार सुईला ओले करते. मजबूत विद्युत क्षेत्र टोकावरून गॅलियम आयन (इलेक्ट्रॉन गमावलेले अणू, म्हणून विद्युतभार असलेले) ओढून घेते.
गती द्या आणि फोकस करा. आयनांना गती दिली जाते, साधारणपणे सुमारे 30 kV पर्यंत, आणि विद्युत लेन्स (विद्युतभारित कणांचे मार्ग वळवणारी भारित कडी) त्यांना काही नॅनोमीटरएवढ्या ठिपक्यात दाबतात. अपर्चर (लहान छिद्र) किती आयन पुढे जातात ते ठरवते: जास्त आयन वेगाने कापतात पण ठिपका रुंद करतात.
स्कॅन करा. स्कॅन प्लेट किरणाला पृष्ठभागावर ठरवलेल्या नक्षीत फिरवतात, लहान CNC टूलपाथसारखे.
मिल करा. प्रत्येक आयन पृष्ठभागावर सूक्ष्म तोफगोळ्यासारखा आदळतो आणि काही अणू बाहेर उडवतो. याला स्पटरिंग म्हणतात. पास नंतर पास, किरण खंदक, छिद्रे किंवा छेद खोदतो, ज्यांच्या भिंती दहा नॅनोमीटरच्या अचूकतेच्या असतात.
प्रतिमा घ्या. आघातांमुळे इलेक्ट्रॉनही सुटतात. डिटेक्टर त्यांना गोळा करून प्रतिमा तयार करतो, स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शकासारखे; बहुतेक मशीनमध्ये अधिक सौम्य इमेजिंगसाठी खरा इलेक्ट्रॉन कॉलमही असतो.
जमा करा किंवा उचलून काढा. एक सुई प्लॅटिनम किंवा टंगस्टन असलेला वायू फवारते. किरण जिथे आदळतो तिथे वायू तुटतो आणि धातूचा थर मागे ठेवतो, जो चिप्सची पुन्हा वायरिंग करण्यासाठी किंवा पातळ तुकडा लहान प्रोबला जोडून तो उचलून काढण्यासाठी वापरतात.

मुख्य तथ्ये

साहित्य: निर्वातातील जवळजवळ काहीही: सिलिकॉन, धातू, सिरॅमिक, काच, पॉलिमर, गोठवलेले जैविक नमुने
सामान्य भाग: चिपचे छेद आणि दुरुस्ती, इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शकांसाठी पातळ तुकडे (लॅमेली), नॅनो-नक्षी, लहान प्रोब टोके
भागाचा आकार: सुमारे 10 nm ते दहा मायक्रोमीटरपर्यंतची वैशिष्ट्ये, काही मिलिमीटरच्या नमुन्यांपासून संपूर्ण वेफरपर्यंत
अचूकता: सुमारे दहा ते काही दहा नॅनोमीटर
पृष्ठभागाची फिनिश: अतिशय गुळगुळीत कापलेले पृष्ठभाग; पृष्ठभागावर काही गॅलियम रुजलेले राहते आणि एक पातळ खराब झालेला थर
कोणत्या बॅच आकारासाठी योग्य: एकेकटे: विश्लेषण, दुरुस्ती, प्रोटोटाइप
टूलिंग आणि मशीनचा खर्च: टूलिंग नाही; उपकरणांची किंमत काही शेकडो हजारांपासून काही दशलक्ष डॉलरपर्यंत
वेग: खूपच मंद: काही मायक्रोमीटर रुंदीचा घन काढायला मिनिटे ते तास लागू शकतात

ताकद आणि मर्यादा

बलस्थाने

तुम्ही निवडलेल्या नेमक्या जागी, नॅनोमीटर पातळीवर, मास्कशिवाय कापते
एकाच मशीनमध्ये मिल करते, प्रतिमा घेते आणि जमा करते
जवळजवळ कोणत्याही घन साहित्यावर चालते
तयार चिप दुरुस्त किंवा पुन्हा वायर करू शकते

मर्यादा

अतिशय मंद; फक्त लहानसा आकारमान
गॅलियम आयन पृष्ठभागात रुजतात आणि त्याला हानी पोहोचवतात
महाग उपकरण, निर्वात आणि कुशल ऑपरेटर
क्रमवार, एका वेळी एक बिंदू: उत्पादनासाठी अयोग्य

कुठे वापरली जाते

सेमीकंडक्टरबिघाड विश्लेषण, दोषपूर्ण चिप्सचे छेद, प्रोटोटाइपवर सर्किट बदल
सूक्ष्मदर्शनट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शकांसाठी पातळ तुकडे
पदार्थविज्ञानधातू, बॅटरी, खडकांची 3D "स्लाइस आणि व्ह्यू" प्रतिमा
नॅनोफॅब्रिकेशननॅनो-नक्षी, नॅनो-छिद्रे, प्रोब सूक्ष्मदर्शकांची टोके
जीवशास्त्रगोठवलेल्या पेशींचे पातळ तुकडे (क्रायो-FIB)

ओळखायची कशी

तुम्हाला ते दिसत नाही. FIB चे कट डोळ्यांना दिसण्यासाठी खूपच लहान असतात; उत्पादनावर तुम्हाला कधीच एक दिसणार नाही. त्याचे काम तुमच्या फोन आणि लॅपटॉपमधील चिप्सच्या मागे आहे, ज्यांचे प्रोटोटाइप त्याने कापून उघडले, तपासले आणि कधी कधी दुरुस्त केले.
इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शकाखाली FIB चे काम अगदी आयताकृती खोके आणि गुळगुळीत, तीव्र भिंतींचे खंदक म्हणून दिसते, अनेकदा पॉलिश केलेल्या छेदाच्या पृष्ठभागासमोर पायऱ्यांसारख्या आकाराचा खड्डा असतो.
प्लॅटिनमच्या पट्ट्या. कापलेल्या जागेवर ठेवलेली धातूची पातळ संरक्षक पट्टी ही FIB ची ठराविक खूण आहे.

यांच्याशी तुलना

फोटोलिथोग्राफी13.2मास्कमधून संपूर्ण वेफरवर एकाच वेळी नक्षी करते; FIB मास्कशिवाय एका वेळी एक बिंदू लिहितो, खूपच मंद पण लवचिक.फेम्टोसेकंद लेझर मशीनिंग13.6सुद्धा साधनाशिवाय साहित्य अचूक काढते, पण खूपच वेगाने आणि नॅनोमीटरऐवजी मायक्रोमीटर पातळीवर.सिंकर EDM6.6मिलिमीटर पातळीवर ठिणग्यांनी धातू काढते; FIB आयनांनी अणू काढतो.

पाहा

Penn State MRI · उपकरण आणि ते काय करते याची स्पष्ट प्रयोगशाळा ओळख

AIF NC State University · ऑपरेटरच्या स्क्रीनवर दिसणारे थेट मिलिंग

Covalent · पातळ तुकडा कसा कापला, प्रोबला जोडला आणि उचलून काढला जातो

PicoScientific · स्लाइस-आणि-व्ह्यू इमेजिंग, जे नमुना 3D मध्ये पुन्हा उभा करते

खरी छायाचित्रे पाहा

विकिपीडिया: Focused ion beam — आयन कॉलम आणि FIB ने बनवलेल्या रचनांची चित्रे
Wikimedia Commons फोटो शोध

लक्षात ठेवा

गॅलियम आयनांचा फोकस्ड किरण जिथे लक्ष्य केले तिथेच अणू काढतो.
तेच मशीन मिल करते, प्रतिमा घेते आणि धातू जमा करते, सर्व नॅनोमीटर स्तरावर.
हे विश्लेषण, दुरुस्ती आणि प्रोटोटाइपसाठी साधन आहे, मोठ्या उत्पादनासाठी खूपच मंद.