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聚焦離子束顯微鏡在美國(guó)問(wèn)世

發(fā)布日期：2014-05-12 瀏覽次數(shù) ：543

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由于儀器本身的限制，顯微鏡偶爾也會(huì)“騙人”。比如，電鏡就無(wú)法很好的觀察不能導(dǎo)電的材料，并且它的高能量還會(huì)損傷一些樣品。為了努力從納米材料和納米結(jié)構(gòu)的中獲取更多的真相，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(National Instituteof Standardsand Technology，NIST)的研究人員建立了一套采用鋰離子源的低能聚焦離子束顯微鏡。
　　
　　盡管顯微鏡的分辨率不如掃描電鏡或氦離子顯微鏡(HIM)，但它可以更清楚的觀察非導(dǎo)電材料，并能更清楚的觀察樣品表面的化學(xué)成分。通過(guò)觀察散射離子的能量，研究人不僅能夠分辨出相鄰材料的化學(xué)成分是不同的，并且能夠確認(rèn)不同材料的元素種類。
　　
　　早在2011年，Jabez McClelland和他的同事采用激光冷卻技術(shù)研制出了一臺(tái)低能聚焦離子束顯微鏡。之后，他們一直努力改進(jìn)技術(shù)以調(diào)高離子束的亮度和準(zhǔn)直度，確保所有離子都能朝相同的方向運(yùn)動(dòng)以便的得到更好的成像結(jié)果。
　　
　　新儀器通過(guò)激光束和磁光阱捕獲原子，將中性鋰原子氣體冷卻至600微開爾文。然后采用激光將原子離子化，并進(jìn)入電場(chǎng)加速，調(diào)整飛行方向，針對(duì)目標(biāo)物將離子聚焦成離子束。
　　
　　NISTFIB可以生成能量為500eV至5000eV的鋰離子束(氦離子束的能量約為3000eV)。研究人員稱可以將離子束的能量降至更低。但是當(dāng)加速電場(chǎng)強(qiáng)度比較低時(shí)，離子源的交互影響限制了聚焦離子束的大小。
　　
　　在他們的論文中，研究人員展示了這臺(tái)顯微鏡如何解決納米壓印光刻技術(shù)中的一些常見問(wèn)題。McClelland說(shuō)：“以前生產(chǎn)商進(jìn)行硅刻蝕，必須確?？臻g沒(méi)有化學(xué)殘留。通常他們利用等離子體刻蝕的方法清除殘留物。但是他們得很仔細(xì)，以防過(guò)度清除損壞基底或芯片。我們的聚焦離子束顯微鏡可以很好的觀察等離子體的工作情況，確保不損壞芯片。掃描電鏡無(wú)法做到這些，因?yàn)樗茈y觀察到很少的殘留物，而且高能電子束很可能造成充電或?qū)⒛０迦刍?，將情況弄得更糟糕。”
　　
　　該研究團(tuán)隊(duì)未來(lái)的一個(gè)計(jì)劃是通過(guò)將鋰離子注入材料當(dāng)中，看他們是如何影響電池性能，從而解開鋰電池的工作原理。研究團(tuán)隊(duì)中的一些成員還成立了自己的公司，研發(fā)低能銫聚焦離子束，以實(shí)現(xiàn)單一納米量級(jí)的銑削和雕刻功能，如果成功將是納米材料制備的巨大飛躍。