Od układów mikroprzepływowych do plazmoniki: Nowe horyzonty dzięki nowemu urządzeniu ionLINE Plus FIB firmy RAITH

RAITH (https://www.raith.com/), wiodący producent urządzeń do nanowytwarzania stosowanych do badań i rozwoju, zaprezentował swoje nowe urządzenie ionLINE Plus FIB w czasie konferencji MNE w Wiedniu.


Urządzenia FIB-SEM znane są od lat z różnych zastosowań włączając przygotowanie próbki i nano-odwzorowanie. Nowe urządzenie RAITH’a ionLINE Plus posiada unikalne funkcje, które umożliwią naukowcom tworzenie wzorów niedostępnych w przypadku konwencjonalnych mikroskopów FIB. Niektóre znaczące cechy zostały opisane poniżej.

Dla precyzyjnej kalibracji pola zapisu, łączenia wzorów i ulepszonej rejestracji pozycji ionLINE Plus wykorzystuje wbudowany stolik laserowego interferometru. W tej konfiguracji pozycja próbki w płaszczyźnie jest kontrolowana przez podwójny interferometr laserowy. Źródło laserowego interferometru wyznacza własne wzorce kalibracji dla procesu odwzorowania w skali nano. Co więcej, ten unikalny stolik na próbkę umożliwia bezbłędne wytwarzanie wydłużonych przyrządów, które nie mieszczą się na jednym polu zapisu, np. światłowody fotoniczne lub przyrządy mikro przepływowe o wymiarach przekraczających wymiary pola skanowania w urządzeniach FIB. Zdjęcie 1 przedstawia mikroprzepływowy mikser (o całkowitej długości około 1mm). Wytworzenie takiego trójwymiarowego przyrządu (wykazujące wyraźną zmienność w głębokości) jest możliwe dzięki doskonałemu łączeniu poszczególnych podstawowych elementów.

Zdjęcie 1: Mikser mikroprzepływowy (na lewo) w zbliżeniu (na prawo) – Argonne National Labs (USA)

Proces FIB, tzn. bezpośrednia obróbka nano-struktur, może trwać dosyć długo. Źródło jonów systemu ionLINE Plus jest zoptymalizowane pod kątem ciągłej, długoterminowej obróbki przez wiele godzin – zwłaszcza dla największej rozdzielczości przy niskich prądach. Zdjęcie 2 przedstawia złotą strukturę absorbera opartą na plazmonicznych stożkowych koncentrycznych otworach (zewnętrzna średnica otworów 400nm. Dla uzyskania dużej dokładności, podczas odwzorowywania struktury 24 um x 24 um, prąd odwzorowywania został zmniejszony do mniej niż 3 pA. Dzięki temu proces trwał około 5 godzin i została zachowana najwyższa precyzja w trzech wymiarach w nanoskali.

Zdjęcie 2: struktura nano absorbera w złocie z otworami o zewnętrznej średnicy  400 nm (projekt w  dolnym lewym rogu, wynik odwzorowania w prawym górnym rogu, całkowity szereg w środku) – Zhejiang University (Chiny)

W pewnych zastosowaniach zanieczyszczenie próbki galem jest niepożądane, ponieważ może to zmienić fizykę przyrządu. Alternatywnie do galu, system ionLINE Plus może również pracować ze zogniskowanymi wiązkami jonów złota lub krzemu. Zdjęcie 3 przedstawia przykład plazmonicznej, złotej struktury na dwutlenku krzemu. Ta próbka została odwzorowana przy zogniskowanej wiązce jonów krzemu. W tym przypadku obróbka jest realizowana przy pomocy „neutralnego” gatunku – krzemu tworzącego podłoże – a także mniej przewodzącego gatunku dla lepszych – właściwości plazmonicznych.

Zdjęcie 3: Plazmoniczna złota struktura wytworzona przy pomocy zogniskowanej wiązki jonów krzemu – University of Stuttgart (Niemcy)

Zogniskowane wiązki jonów złota i krzemu w systemie ionLINE Plus były również wykorzystywane do funkcjonalizacji podłoża przez implantację, umożliwiając np. selektywny wzrost grafenowych nano taśm na podłożach SiC (S. Tongay et al, Drawing graphene nanoribbons on SiC by ion implantation, APPLIED PHYSICS LETTERS 100, 073501 (2012)). W szczególności złoto jest popularnym materiałem do osadzania i sterowania późniejszym procesem wzrostu.