سیستم های آسیاب یونی
به روز رسانی شده در ۱۴۰۳/۱۱/۱۶ زمان مطالعه 10 دقیقه
سیستم های آسیاب یونی، یون های آرگون را به سمت نمونه ها شلیک می کنند تا زمانی که به اندازه کافی نازک شوند تا شفافیت الکترونی حاصل شود. یون ها مواد را از زاویه ای بمباران می کنند و آن را از سطح پرتاب می کنند. یک میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) تصویری از نمونه را ثبت می کند.
نمایش تمام سازندگان سیستم های آسیاب یونی
سیستم‌های آسیاب یونی برای آماده‌سازی نمونه‌های مقطعی صیقلی برای آنالیز در زیر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) زمانی که پرداخت دستی دشوار است، استفاده می‌شود. این فرآیند مواد زیرین را در معرض قرار می دهد و در عین حال از آن در برابر تنش مکانیکی محافظت می کند و برای تجزیه و تحلیل سطح انجام شده در آزمایش های تحلیلی با خلاء بالا مناسب است.
استفاده از تفنگ های یونی با اندازه نقطه کوچک برای بررسی عیوب سطح قالب زیر میکرونی مربوط به ساخت و همچنین مصنوعات یکی از جدیدترین کاربردهای آسیاب یونی است. این تکنیک آسیاب متمرکز پرتو یونی (FIB) نامیده می شود و در تولید الکترونیک (به ویژه نیمه هادی ها) و زمینه بیولوژیکی برای تجزیه و تحلیل، رسوب مواد و فرسایش استفاده می شود. در حالی که بینش‌های مربوط به این فناوری به چندین سال قبل برمی‌گردد، سیستم‌های FIB برای استفاده تجاری یک پیشرفت اخیر هستند.
عملیات سیستم
سیستم های آسیاب یونی یک سطح را با یون بمباران می کنند و در نتیجه مواد از سطح پاشیده می شوند. این فرآیند نمونه های شفاف الکترونی را برای تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) تولید می کند.
TEM تصویری را بر اساس برهمکنش الکترون و سطح شفافیت پس از کندوپاش تشکیل می دهد. فرآیند آسیاب یونی از پرتو Ar+ با قطر تا 5 میلی متر در ابزارهای رومیزی در کاربردهای بزرگ استفاده می کند. آسیاب یونی نمای با کیفیتی از طلا، لحیم کاری و فلزات نرم مانند ایندیم را فراهم می کند. این کار با آماده سازی سطح با استفاده از آسیاب مسطح از طریق یک فرآیند آسیاب مکانیکی و پرداخت در پیوند ماده انجام می شود.
شکل گیری پرتو یونی
شکل‌دهی و تکمیل سطوح نوری نیز از آسیاب یونی استفاده می‌کند - تکنیکی به نام شکل‌گیری پرتو یونی (IBF). ایستمن کداک آن را در سال 1988 معرفی کرد و در سال 1990 به کار برد. IBF ابتدا نیاز به پرداخت عناصر نوری با استفاده از روش های مرسوم و سپس آسیاب عنصر نهایی با استفاده از تکنیک IBF دارد.
آسیاب متمرکز پرتو یونی (FIB).
یکی دیگر از کاربردهای اخیر آسیاب یونی در سیستم های پرتو یون متمرکز (FIB) عمدتاً در ساخت نیمه هادی ها یافت می شود. این سیستم ها مشابه SEM ها عمل می کنند. با این حال، آنها یک پرتو یون متمرکز را با استفاده از منابع یون فلزی مایع (LMIS) مانند گالیوم، به جای پرتاب یک پرتو الکترونی منتشر می کنند. این پرتوها در سطوح جریان کم نور برای اهداف تصویربرداری یا در سطوح جریان پرتو بالا برای کندوپاش یا فرز کار می کنند.
هنگامی که یک پرتو اولیه گالیوم به سطح نمونه برخورد می کند، مقدار کمی از مواد را پراکنده می کند، به عنوان یون های ثانویه یا اتم های خنثی خارج می شود و الکترون های ثانویه آزاد می کند. در نتیجه، یون ها و الکترون ها سیگنالی تولید می کنند که تصویر را تشکیل می دهد.
جریان های پرتو پایین باعث کندوپاش مقادیر ظریفی از مواد می شوند و به سیستم های FIB اجازه می دهند وضوح تصویربرداری بالاتری تولید کنند. با جریان های پرتوی بالاتر، مقدار مواد پراکنده شده به طور قابل توجهی افزایش می یابد و آسیاب نمونه با دقت بالا را به زیر میکرومتر یا مقیاس نانو تسهیل می کند.
در نمونه های غیر رسانا، تفنگ های سیل الکترونی کم انرژی بار را خنثی می کنند. این تکنیک با تصویربرداری با یون‌های ثانویه مثبت با استفاده از پرتوهای یون اولیه مثبت، تصاویری را برای نمونه‌های بسیار عایق‌پذیر تشکیل می‌دهد. همچنین بدون نیاز به پوشش سطح رسانا، همانطور که در SEM لازم است، آسیاب را تقویت می کند.
اچ شیمیایی روش دیگری برای تهیه نمونه است. انجام یک فرآیند شیمیایی برای حذف مواد اضافی برای تولید مدارهای مایکروویو شامل غوطه ور کردن یک بستر در محلول اچ است. زیر برش خطوط در طرفین زمانی اتفاق می افتد که طرفین و سطح بالایی در معرض محلول قرار گیرند. این منجر به تغییر نامطلوب در تکرارپذیری مدار به مدار می شود.
فرز FIB بدون تغییر در متالیزاسیون مدار، اچ را تقویت می کند. پرتوهای یونی مواد اضافی را بدون برش دادن دیواره‌های جانبی حذف می‌کنند که منجر به تولید مداوم مدارهای تکرار شونده می‌شود. علاوه بر این، برخی از فلزات (به عنوان مثال پلاتین) را نمی توان با استفاده از یک فرآیند شیمیایی اچ کرد.
ظرفیت تصویربرداری
پیشرفت‌های فناوری باعث ایجاد سیستم‌های FIB با ظرفیت تصویربرداری بیشتر شد و نیاز به بررسی تحت ابزارهای SEM مستقل را از بین برد. برای نمونه هایی که به تصویربرداری با بالاترین وضوح ممکن برای جلوگیری از آسیب نیاز دارند، تصویربرداری SEM ضروری است.
آسیاب یون هلیوم
برخی از سیستم های آسیاب یونی از هلیوم به عنوان منبع یون استفاده می کنند. هلیوم در مقایسه با گالیم به نمونه ها آسیب کمتری می زند و مواد را در مقادیر کم کندوپاش می کند. یون‌های هلیم در اندازه‌های کاوشگر کوچک متمرکز شده‌اند و برهمکنش نمونه‌ای را ارائه می‌دهند که به طور قابل‌توجهی کوچکتر از الکترون‌های SEM است. یک میکروسکوپ یون هلیوم تصاویری با وضوح عالی و کنتراست مواد قابل قبول در عمق فوکوس بالاتر تولید می کند.
فیلترهای وین
آسیاب کردن با یون‌های گالیوم منجر به جاسازی گالیوم در سطح نمونه می‌شود که به مواد آسیب می‌رساند و چالش‌هایی را برای تولید نیمه‌رساناها ایجاد می‌کند. یک رویکرد جایگزین، بهره‌برداری از فناوری فیلتر Wien در فرآیند آسیاب است.
استفاده از سایر LMIS ها در ترکیب با قابلیت فیلتر Wien برای جابجایی بین یون های بزرگتر و کوچکتر، آسیب در فرآیند آسیاب را محدود می کند. همچنین امکان اختلاط عناصر از منابع آلیاژی را فراهم می‌کند - روشی که در بررسی مواد و دستگاه‌های مغناطیسی مفید است.
برنامه های کاربردی
سیستم های آسیاب یونی طیف گسترده ای از کاربردهای تصویربرداری و تولیدی دارند، از جمله:
غذا
داروسازی
تهیه نمونه علمی
تولید نیمه هادی
تولید اپتیک
ماشینکاری میکرو
نانو ماشینکاری
طیف سنجی جرمی یون ثانویه (SIMS)
مغناطیسی
انتخاب سیستم های آسیاب یونی
انتخاب یک سیستم آسیاب یونی مستلزم درک کامل الزامات فرآیند مرتبط با استفاده مورد نظر است. دستگاه‌هایی که دقت بالاتری در اندازه‌گیری و کندوپاش ارائه می‌دهند گران‌تر هستند، بنابراین تعیین پارامترهای کاربردی قبل از خرید مهم است. پیشرفت‌ها در فناوری آسیاب یونی عملکرد بهبود یافته‌ای را در وظایفی که در ابتدا توسط SEM انجام می‌شد ارائه می‌دهد و باید هنگام ارزیابی سیستم مورد توجه قرار گیرد.
منبع