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Introdução à FIBFocused Ion Beam

Henrique Limborço

Microscopista CM-UFMG

Prof. Departamento de Física – UFMG

Resumo

• Origem da técnica

• Exemplos de aplicação

• Fonte de Íons

• Formação de imagens em MEV

• Sputtering

• Exemplo de Ion Milling: Fabricação de Lamela

• Detalhes da implementação*

*Se houver tempo suficiente

Origem da técnica de FIB

Durante a década de 1960 a NASA estava pesquisando um propulsor alternativo aosfoguetes químicos usados no projeto Apolo.

Dentre as varias alternativas surgidas despontou o propulsor por íons, que permite umaeficiência maior que os propulsores tradicionais de combustível líquido, com velocidadefinal muito superior, porém com baixas acelerações. (É um propulsor para ser usado noespaço – fora da gravidade terrestre).

Origem da técnica de FIB

P= 1–7 kW

𝑒 = 65–80%

𝑣𝑒 = 20–50 km/s

T = 25–250 10-3N

A coluna Iônica

Geração do feixe de íons (2µA)

Ajuste da corrente (1,5 pA-65nA)

Varredura e foco do feixe

LMIS

A coluna eletrônica

Imagem com feixe eletrônico

~𝝁𝒎

•Reflexão dos íons (backscattering).•Emissão de elétrons (formação de imagens).•Emissão de fótons.•Ionização de átomos.•Aquecimento do substrato. •Implantação de íons. •Formação intersticial de vacâncias.•Emissão de átomos neutros. •Emissão de íons do substrato.

Interação íon-sólido

Íon Ga+ energia 30keV

Átomos do sólido

Milling

Área amorfa

Taxa de Milling ~ 2 - 5 átomos/íon

Profundidade amorfa ~ 30nm

Interação íon-sólido

De maneira geral a taxa de sputtering depende: •Energia de ligação dos átomos no sólido •Tamanho dos átomos

Taxa de SputteringInfluência dos átomos do sólido

De maneira geral a taxa de sputtering depende: •Energia de ligação dos átomos no sólido •Tamanho dos átomos

Taxa de SputteringInfluência dos átomos do sólido

Taxa de SputteringInfluência dos do íon incidente

Taxa de SputteringInfluência dos átomos do sólido

Taxa de SputteringInfluência dos átomos do sólido

A taxa de sputtering pode ser relacionada com a energia de ligação dos átomos na superfície e o ponto de fusão dos mesmos

Quanto mais massivo o íon incidente maior será o sputtering produzido.

Taxa de SputteringInfluência dos do íon incidente

Taxa de SputteringInfluência da energia de aceleração

Taxa de SputteringInfluência do ângulo de incidência

Formação de imagensEfeito Channeling

As imagens de ES formadas a partir da incidência de íons são influenciadas pela fortementepela orientação cristalográfica e pelo número atômico do material.

átomo mais massivo

Imagem de elétrons secundários por incidência de feixe de elétrons

Imagem de elétrons secundários por incidência de feixe de íons

Formação de imagensEfeito Channeling

Formação de imagensEfeito Channeling

Formação de imagensEfeito Channeling

Microscópio de feixe duploElétrons + Íons

Canhão de elétrons: •Imagem alta resolução 0,8nm•Análise EDS•Imagem Química

Canhão de íons: •Nanofabricação (usinagem, depósito de filmes metálicos e isolantes, micro-manipulação de materiais)•Imagem resolução 10nm

Microscópio de feixe duploElétrons + Íons

Microscópio de feixe duploElétrons + Íons

Final coluna de íons Final coluna de elétrons

Base suporteamostra

Microscópio de feixe duploElétrons + Íons

•Depósito de materiais metálicos e isolantes

Aplicações

Microscópio de feixe duploDeposição de Materiais

É possível o depósito de materiais isolantes ou condutores em áreas estabelecidas pelo usuário

C9H16Pt

Agulha injetora gás metálico

Microscópio de feixe duploDeposição de Materiais

C9H16Pt + e- ⇒ Pt + C9H16↑

Microscópio de feixe duploDeposição de Materiais

Microscópio de feixe duploDeposição de Materiais

Micro-usinagem com resolução nanométrica.

Exemplo: Fabricação de redes de difração para detectores

Infravermelho para Aeronautica do Brasil.

Aplicações

Aplicações

Processo Foto-Químico Processo Feixe de íons

AplicaçõesVerificação de interfaces e filmes

•A reparação de máscaras de fotolitografia e de protótipos de circuitos integrados em industrias de semicondutores.

•A INTEL possui 80 desses microscópios em sua linha de montagem/reparação.

Aplicações

Aplicações

•Inspeção (in situ) de falhas em peças e materiais.

•Exemplo: verificação da granulometria em uma região específica de

uma peça de cobre

Slice & View

Slice & View

•Análises granulométrica e cristalográfica em três dimensões

Aplicações

Preparação de lamelas para MET

Preparação de lamelas para MET

https://www.youtube.com/watch?v=omcxfWGJzsw

Preparação de lamelas para MET

https://www.youtube.com/watch?v=omcxfWGJzsw

Preparação de lamelas para MET

https://www.youtube.com/watch?v=omcxfWGJzsw

Preparação de lamelas para MET

https://www.youtube.com/watch?v=omcxfWGJzsw

Preparação de lamelas para MET

https://www.youtube.com/watch?v=omcxfWGJzsw

Detalhes da implementação da técnicaVarredura com Íons

Diâmetro do Feixe: 10nm – 50nmDwell Time : 10µs

Detalhes da implementação da técnicaVarredura com Íons

Detalhes da implementação da técnicaVarredura com Íons

Os efeitos cumulativos dos íons positivos penetrando no sólido, juntamente coma ejeção de elétrons negativos, tem como consequência o carregamento dosólido positivamente.

+

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Detalhes da implementação da técnicaAcúmulo de cargas

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Detalhes da implementação da técnicaAcúmulo de cargas

Detalhes da implementação da técnicaAcúmulo de cargas

Detalhes da implementação da técnicaAcúmulo de cargas

Muito obrigado pela atenção

• Dúvidas? Perguntas?

• Atividade prática no FIB

– Próxima semana

– Preparação de lamelas

– EDS

– EBSD?