FIB-tekniikoiden sovellukset

Abstract

Ionimikroskopia (FIB) on pyyhkäisyelektronimikroskopiaa muistuttava nanoskaalan kuvantamis- ja työstämismenetelmä, joka käytää kevyiden elektronien sijasta massiivisia ioneja. Käsittelen tässä tutkielmassa FIB-laitteistojen kehityskaaren ensimmäisen sukupolven Ga-FIB:stä, toisen sukupolven FIB/SEM-hybridiin ja kolmannen sukupolven selektiiviseen ionilähteeseen. Lisäksi tarkastelen FIB:n moninaisia sovelluksia laboratorio- ja teollisuusympäristössä, nyt ja tulevaisuudessa. Tämä tutkielma on kirjallisuuskatsaus ja se on tarkoitettu avuksi syvemmän tutkimuksen valmisteluun aiheesta kiinnostuneille.

FIB:n pääasiallisia käyttökohteita ovat TEM-näytteenvalmistus ja mikropiirien virheanalyysi ja takaisinmallinnus. Toisen sukupolven kaksipylväslaitteistojen myötä voidaan samalla laitteella kuvantaa elektronisuihkulla ja työstää ionisuihkulla näytettä samanaikaisesti. Tulevaisuudessa FIB:n uskotaan pystyvän yksittäisten atomien istutukseen ja sillä tulee olemaan yhä enemmän sovelluksia nano-optiikan ja -magnetismin, sekä spinelektroniikan aloilla. Uusien kasvatus- ja jyrsintäprotokollien myötä FIB:llä voidaan kehittää nanoelektromekaanisten järjestelmien (NEMS) prototyyppejä yhä nopeammin. FIB on viimeisen kahdenkymmenen vuoden aikana vakiinnuttanut paikkansa niin tutkimus- kuin teollisessa käytössä ja parhaillaan käyttöön otettavien selektiivisten ionilähteiden myötä sen käyttökohteet kasvavat entisestään.

Focused ion beam (FIB) is nanoscale imaging and fabrication technique that is similar in operation to scanning electron microscopy, except that it uses massive ions instead of light electrons. In this thesis, I will discuss the development of the FIB from first generation Ga-FIB to second generation FIB-SEM hybrids and third generation selective ion sources. I will also examine its various present and future applications in both laboratory and industrial settings. This thesis is a literature review and it is intended to aid in further research preparation for those interested in the subject.

FIB is primarily used in TEM sample preparation and microcircuit error analysis and reverse engineering. With the advent of second generation dual beam systems, the same instrument can image and fabricate a sample simultaneously using electron and ion beams respectively. In the future, the FIB is believed to be able to implant single atoms and it will have yet more applications in the fields of nano-optics, - magnetism and spintronics. With emerging deposition and milling procedures, the FIB will be able to develop prototypes for nanoelectromechanical systems (NEMS) even faster. During the last twenty years, FIB has solidified its place in both research and industrial use and its potential uses grow ever wider with the recent introduction of selective ion sources.