Fokuseret ionstråleteknologi:Et enkelt værktøj til en lang række applikationer

Forarbejdning af materialer på nanoskala, fremstilling af prototyper til mikroelektronik eller analyse af biologiske prøver:Anvendelsesområdet for fint fokuserede ionstråler er enormt. Eksperter fra EU-samarbejdet FIT4NANO har nu gennemgået de mange muligheder og udviklet en køreplan for fremtiden.

Artiklen, udgivet i Applied Physics Reviews , henvender sig til studerende, brugere fra industri og videnskab samt forskningspolitiske beslutningstagere.

"Vi indså, at fokuserede ionstråler kan bruges på mange forskellige måder, og vi troede, vi havde et godt overblik i starten af ​​projektet. Men så opdagede vi, at der er mange flere anvendelser, end vi troede. I mange publikationer er brugen af af fokuserede ionstråler er ikke engang eksplicit nævnt, men er skjult i metodeafsnittet," siger Dr. Katja Höflich, fysiker ved Ferdinand-Braun-Institut og Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), som koordinerede den omfattende rapport.

"Det var detektivarbejde. Især fandt vi arbejde fra 1960'erne og 1970'erne, som var forud for sin tid og uretmæssigt glemt. Selv i dag giver de stadig vigtige indsigter."

Rapporten giver et overblik over den nuværende tilstand af fokuseret ionstråleteknologi (FIB), dens anvendelser med mange eksempler, de vigtigste udstyrsudviklinger og fremtidsudsigter.

"Vi ønskede at levere et opslagsværk, der er nyttigt for akademisk forskning og industrielle F&U-afdelinger, men som også hjælper forskningsledelsen med at finde vej på dette felt," siger Dr. Gregor Hlawacek, gruppeleder ved Institute of Ion Beam Physics and Materials Forskning ved Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). Hlawacek leder FIT4NANO-projektet, et EU-projekt om FIB-teknologier, hvor forfatterne til rapporten er involveret.

Fra grundforskning til den færdige komponent

FIB-instrumenter bruger en fokuseret ionstråle på typisk to til 30 kiloelektronvolt (keV). Med sin lille diameter i nanometer- og subnanometerområdet scanner en sådan ionstråle prøven og kan ændre dens overflade med nanometerpræcision. FIB-instrumenter er et universelt værktøj til analyse, maskeløs lokal materialemodifikation og hurtig prototyping af mikroelektroniske komponenter. De første FIB-instrumenter blev brugt i halvlederindustrien til at korrigere fotomasker med fokuserede galliumioner. I dag fås FIB-instrumenter med mange forskellige typer ioner.

En vigtig anvendelse er forberedelsen af ​​prøver til højopløsnings-, nanometerpræcisionsbilleddannelse i elektronmikroskopet. FIB-metoder er også blevet brugt i biovidenskaberne, for eksempel til at analysere og afbilde mikroorganismer og vira med FIB-baseret tomografi, hvilket giver dyb indsigt i mikroskopiske strukturer og deres funktion.

FIB-instrumenter udvikler sig konstant mod andre energier, tungere ioner og nye kapaciteter, såsom den rumligt løste generering af enkelte atomare defekter i ellers perfekte krystaller. Sådan FIB-behandling af materialer og komponenter har et enormt potentiale inden for kvante- og informationsteknologi. Udvalget af anvendelser, fra grundforskning til det færdige apparat, fra fysik, materialevidenskab og kemi til biovidenskab og endda arkæologi, er helt unikt.

"Vi håber, at denne køreplan vil inspirere til videnskabelige og teknologiske gennembrud og fungere som en inkubator for fremtidige udviklinger," siger Gregor Hlawacek.

Flere oplysninger: Katja Höflich et al., Roadmap for fokuserede ionstråleteknologier, Applied Physics Reviews (2023). DOI:10.1063/5.0162597

Journaloplysninger: Anvendt fysik anmeldelser

Leveret af Helmholtz Association of German Research Centres