אלומת יונים ממוקדת

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה לניווט קפיצה לחיפוש
FIB

אלומת יונים ממוקדת (FIB-Focused Ion Beam) הוא מכשיר המיישם טכניקה לאנליזה ועיבוד חומר בקנה מידה ננומטרי באזור מוגדר וממוקד, העיבוד כולל הסרת שכבות ובניית שכבות. טכנולוגיה זאת  מיושמת בעיקר בתעשיית המוליכים למחצה, הנדסת חומרים ובתחום הביולוגי לניתוח ספציפי של דגימה.

היסטוריה[עריכת קוד מקור | עריכה]

מערכות FIB הראשונות המבוססות על טכנולוגיית פליטת השדה פותחו על ידי לוי-סטי ועל ידי ג'ון אורלוף (Jon Orloff) וסוונסון בשנת 1975 והשתמשו במקורות יינון שדה גז (GFISs). בשנת 1978 נבנה ה-FIB ראשון המבוסס על מקורות יינון מבוססי מתכת נוזלית (LMIS) על ידי סליגר.

עקרון הפעולה[עריכת קוד מקור | עריכה]

block diagram
עקרון הפעולה של FIB

מערכות FIB פועלות באופן דומה למיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM), פרט לכך שבמקום אלומה של אלקטרונים משתמשות באלומה ממוקדת של יונים (בדרך כלל גליום). זרם רציף של יונים נעים יחד נקרא אלומת יונים, יון הוא אטום או מולקולה עם מטען חשמלי. מטענים חשמליים נסחפים לפי כיוון שדה חשמלי; לכן, ניתן להשתמש בשדות חשמליים כדי לכוון את אלומת היונים. העבודה אפשרית בשני מצבי פעולה, זרמי אלומה נמוכים להדמיה וזרמי אלומה גבוהים לשיקוע או לנידוף נקודתי. עיבוד FIB מכרסם בחומר על ידי פגיעת אלומת יונים ממוקדת בעלת אנרגיה גבוהה בחלק המעובד, האנרגיה הקינטית של היונים בקרן מאפשרת להדוף אטומים מפני השטח, תהליך זה נקרא נידוף. המכשיר בנוי מעמודה שבראשה ממוקם תותח היונים ובתחתיתה יושב הדגם. התותח והדגם ממותחים כך שכיוון השדה הבנוי הוא מהתותח לדגם. מואצים לאנרגיה של 1-50keV, וממוקדים על הדגם על ידי עדשות אלקטרוסטטיות. מקור היונים מייצר אלומות יונים בעלות צפיפות זרם גבוהה עם התפשטות אנרגיה קטנה מאוד. מיקום אלומת היונים הפוגעת בדגם נשלט על ידי סלילי סריקה ממוחשבים, החומר המיועד מעובד באופן ממוחשב, בכך ניתן לייצר צורות מורכבות למדי ולשחזר את העיבוד במידת הצורך.

מקור לאלומת היונים[עריכת קוד מקור | עריכה]

המקור הנפוץ ביותר לתותח היונים הוא מקור יונים ממתכת נוזלית ( Liquid metal ion source - LMIS) מגליום (Ga), אך קיימים גם מקורות יוניים המבוססים על זהב (Au) ואירידיום (Ir) במקום גליום. במגע גליום עם מחט טונגסטן זורם הגליום לקצה המחט שבו מקיימים כוחות מנוגדים של מתח פנים ושדה חשמלי היוצרים קצה חוד בצורה שנקרא חרוט טיילור, רדיוס חוד חרוט זה הוא קטן מאוד (בערך 2 ננומטר). השדה החשמלי העצום בחוד (יותר מ-1x108V/cm) גורם ליינון ופליטת אטומי גליום.

שימושים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  • נידוף – כרסום בחומר.
  • שיקוע – הרכבת שכבות על פני הדגימה.
  • חקר כשלים ברכיבים (מעגלים מודפסים, טרנזיסטורים) ותיקונם.
  • הכנת דגימות ל-TEM.
  • ייצור TIP ל-FIP (Field ion microscope) ולמיקרוסקופ כוח אטומי - AFM.
  • הנדסה הפוכה - גילוי עקרונות טכנולוגיים והנדסיים של מוצר דרך ניתוח המבנה שלו. דבר זה מיושם בעיקר בתעשיית המוליכים למחצה שמבוססת על טכנולוגיה פלאנרית המרבדת שכבות דקות אחת על-גבי חברתה. הנדוס הפוך פירושו הסרת שכבה אחר שכבה.