Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005

MethodenM13: Focused Ion Beam (FIB)M13: Focused Ion Beam (FIB)Die Verwendung fokussierter Ionen in einerFocused Ion Beam (FIB) genannten Anlagebietet weitreichende Möglichkeiten zur Materialbearbeitungund -beobachtung. Der generelleAufbau eines FIB-Systems ähnelt dem eines Rasterelektronenmikroskops(REM), unterscheidet sichjedoch in einigen wesentlichen Punkten. Anstellevon Elektronen werden Ionen aus einer Flüssigmetallionenquelleauf die Probe fokussiert. DieseQuelle besteht zumeist aus einer mit flüssigemGallium benetzten Wolframspitze, aus der durchAnlegen einer Hochspannung Gallium verdampftund ionisiert wird. Die Ionen werden anschließendauf typischerweise 5 – 30 keV beschleunigt undüber ein elektrostatisches Linsensystem auf dieProbe fokussiert. Mittels Ablenkspulen kann dieserStrahl dann bei einem Vakuum von ~10 -6 mbar überdie Probenoberfläche gerastert werden.die Grundlage für die Materialbearbeitung mit demfokussierten Ionenstrahl. Grundsätzlich lässt sichbeliebiges Material mit dem Ionenstrahl bearbeiten,allerdings gibt es probenabhängige Unterschiedehinsichtlich Schädigung, Abtragraten usw.Mittels eines mechanischen Blendensystemskann der Strahldurchmesser bei einem modernenFIB-Gerät über weite Bereiche von typischerweise500 nm –7 nm, und der Ionenstrahlstrom von20 nA–1 pA variiert werden. Während kleine Strahlströmebis 1 nA zur Bildaufnahme und zur präzisenNano-Materialbearbeitung genutzt werden, sindStrahlströme >1 nA zum raschen Abtrag größererProbenvolumina geeignet.Die auf der Probenoberfläche einschlagendenIonen wechselwirken in vielerlei Hinsicht mit demProbenmaterial. Für die Bildgenerierung sind dieentstehenden Sekundärteilchen (Sekundärelektronenund -ionen) wichtig, welche über verschiedeneDetektoren zur Bildaufnahme genützt werdenkönnen. Vor allem bei Proben mit Gefügestrukturoder bei polykristallinen Proben kann hierbei der„Channeling“-Effekt der Ionen ausgenützt werden.Dieser liefert einen starken, von der Kristallorientierungabhängigen Bildkontrast (s. Abb. 1). Dieschweren energiereichen Galliumionen übertragenbeim Auftreffen auf die Probenoberfläche aber auchgenügend Energie, um Probenmaterial (Neutralteilchenund Ionen) aus der Probe herauszuschlagen(Sputtern, engl. „sputtering“). Dieser Prozess bildetAbbildung 1:Channeling-Kontrast. IoneninduziertesSekundärelektronenbild (SE-Bild) einesCu-Kristallgefüges. Das Channelingder Ga + -Ionen verursacht einen starkenOrientierungskontrast der individuellenKristallite.34Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005