Bearbeta material i nanoskala, producera prototyper för mikroelektronik eller analysera biologiska prover:Användningsområdet för finfokuserade jonstrålar är enormt. Experter från EU-samarbetet FIT4NANO har nu gått igenom de många alternativen och tagit fram en färdplan för framtiden.
Artikeln, publicerad i Applied Physics Reviews , riktar sig till studenter, användare från industri och vetenskap samt forskningspolitiska beslutsfattare.
"Vi insåg att fokuserade jonstrålar kan användas på många olika sätt och vi trodde att vi hade en bra överblick i början av projektet. Men sedan upptäckte vi att det finns många fler tillämpningar än vi trodde. I många publikationer har användningen av fokuserade jonstrålar nämns inte ens uttryckligen, utan är gömd i metodavsnittet", säger Dr. Katja Höflich, fysiker vid Ferdinand-Braun-Institut och Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), som samordnade den omfattande rapporten.
"Det var detektivarbete. I synnerhet hittade vi arbete från 1960- och 1970-talen som var före sin tid och orättvist glömt. Än idag ger de viktiga insikter."
Rapporten ger en översikt över det aktuella tillståndet för fokuserad jonstråleteknik (FIB), dess tillämpningar med många exempel, den viktigaste utrustningsutvecklingen och framtidsutsikter.
"Vi ville tillhandahålla ett referensverk som är användbart för akademisk forskning och industriella FoU-avdelningar, men som också hjälper forskningsledningen att hitta sin väg inom detta område", säger Dr. Gregor Hlawacek, gruppledare vid Institutet för jonstrålefysik och material Forskning vid Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). Hlawacek leder FIT4NANO-projektet, ett EU-projekt om FIB-teknologier, där författarna till rapporten är involverade.
FIB-instrument använder en fokuserad jonstråle på typiskt två till 30 kiloelektronvolt (keV). Med sin lilla diameter i nanometer- och sub-nanometerintervallet, skannar en sådan jonstråle provet och kan ändra dess yta med nanometerprecision. FIB-instrument är ett universellt verktyg för analys, maskfri lokal materialmodifiering och snabb prototypframställning av mikroelektroniska komponenter. De första FIB-instrumenten användes inom halvledarindustrin för att korrigera fotomasker med fokuserade galliumjoner. Idag finns FIB-instrument med många olika typer av joner.
En viktig tillämpning är beredningen av prover för högupplöst, nanometerprecisionsavbildning i elektronmikroskopet. FIB-metoder har även använts inom biovetenskapen, till exempel för att analysera och avbilda mikroorganismer och virus med FIB-baserad tomografi, vilket ger djupa insikter i mikroskopiska strukturer och deras funktion.
FIB-instrument utvecklas ständigt mot andra energier, tyngre joner och nya förmågor, såsom den rumsligt lösta genereringen av enstaka atomdefekter i annars perfekta kristaller. Sådan FIB-bearbetning av material och komponenter har enorm potential inom kvant- och informationsteknologi. Utbudet av tillämpningar, från grundforskning till den färdiga enheten, från fysik, materialvetenskap och kemi till biovetenskap och till och med arkeologi, är helt unik.
"Vi hoppas att den här färdplanen kommer att inspirera till vetenskapliga och tekniska genombrott och fungera som en inkubator för framtida utveckling", säger Gregor Hlawacek.
Mer information: Katja Höflich et al, Roadmap for focused ion beam technology, Applied Physics Reviews (2023). DOI:10.1063/5.0162597
Journalinformation: Applied Physics Recensioner
Tillhandahålls av Helmholtz Association of German Research Centers
