Tác động của các loại Ion lên chất lượng của mặt cắt FIB

I. Ion có quan trọng đối với chất lượng của mặt cắt không?

Khả năng phay và cắt vật liệu theo từng phần bằng chùm ion hội tụ (FIB) phụ thuộc vào sự tương tác giữa chùm ion và mẫu cứng. Quá trình phay diễn ra do sự bắn phá ion vào bề mặt của vật liệu mục tiêu. Các ion bắn phá và năng lượng của chúng, vật liệu mục tiêu và hướng tinh thể của nó cùng hướng góc của các ion va chạm so với mặt cắt đều ảnh hưởng quan trọng đến chất lượng của mặt cắt được phay. Người ta công nhận rộng rãi rằng một mặt cắt ngang chất lượng cao là mặt cắt nhẵn và không có màn chắn, với cạnh trên sắc nét và được xác định rõ cùng với lớp bề mặt nông không bị hư hại và cấy ghép.

Đối với hầu hết các vật liệu kỹ thuật và bán dẫn (ví dụ như kim loại, gốm kim loại và gốm sứ), mặt cắt ngang chất lượng cao có thể đạt được bằng FIB xử dụng gali hoặc xenon. Các phiến kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) tốt nhất với mức độ hư hỏng cực thấp và chất lượng tối ưu được chế tạo bằng ion xenon và argon. Các ion nitơ có thể được sử dụng để tạo ra lớp phủ nitride (ví dụ như TiN, BN, v.v.) có độ cứng bề mặt cao, khả năng chống mài mòn/mài mòn, ma sát thấp hơn và có khả năng chống ăn mòn. Tuy nhiên, đối với các vật liệu mềm, không dẫn điện như polyme, mô, v.v., rất khó để đạt được chất lượng mặt cắt tốt với tốc độ phay cao.

Trong ghi chú ứng dụng này, các loại ion đa năng của Thermo Scientiic™ Helios™ Hydra DualBeam, kết hợp với khả năng chuyển đổi ion nhanh (<10 phút), được sử dụng để điều chỉnh các loại ion và điều kiện chùm tia để có kết quả chất lượng cao nhất với thông lượng cao nhất có thể. Việc sử dụng chùm ion xenon và oxy trên vật liệu composite polyme được gia cường bằng sợi thủy tinh (được sử dụng trong các ứng dụng để sản xuất ô tô) được so sánh thông qua chất lượng mặt cắt, kích thước thể tích và tái tạo hình ảnh 3D của kết quả. Tầm quan trọng của Helios Hydra DualBeam trong quy trình làm việc với kính hiển vi/chụp cắt lớp tương quan cũng sẽ được nêu bật, vì PFIB thiết lập mối liên hệ quan trọng giữa thang độ vĩ mô và nano.

Ngoài dòng điện cực đại cao hơn, hữu ích cho các hoạt động phay thô, PFIB có thể hoạt động ở dòng điện 60 nA để chuẩn bị mặt cắt ngang, cung cấp hình ảnh chất lượng tốt. Lưu ý rằng các phản ứng hóa học có khả năng gây hại, chẳng hạn như các phản ứng có thể xảy ra do phay bằng Ga+ FIB, được tránh nhờ việc sử dụng đa dạng các loại ion của Helios Hydra DualBeam.

DualBeam được sử dụng trong nghiên cứu này có dòng điện tối đa là 2,5 μA đối với Xe+ và 3,8 μA đối với O+ so với dòng điện tối đa là ~100 nA thông thường đối với nhiều hệ thống Ga+ FIB. Phần mềm Thermo Scientiic Auto Slice and View™ 4 (AS&V4) được sử dụng để quản lý quá trình cắt lát và tạo ảnh với chức năng đánh bóng rung lắc tích hợp.

Xe+ PFIB vẫn có thể được sử dụng cho loại vật liệu này, nhưng dòng ion cần phải giảm đi một bậc độ lớn để có thể ngăn chặn hiệu quả hiện tượng che chắn. Sau đó, phân tích 3D bằng phần mềm AS&V4 và oxygen PFIB được thu thập bằng cách sử dụng điều kiện tương tự như trong lần chạy thử nghiệm. Thể tích vật liệu tái tạo tương quan khoảng 400× 400 × 200 µm3 được trình bày trên trang trước.

III. Tóm tắt

Thermo Scientiic Helios Hydra DualBeam cung cấp cho các nhà nghiên cứu cơ hội độc đáo để thực hiện phân tích 3D trên các cấu trúc vi mô nhạy với chùm tia và khó phay, với kích thước từ nanomet đến hàng trăm micromet. Phạm vi thang đo này cũng thu hẹp khoảng cách giữa Ga+ FIB thông thường và chụp cắt lớp X-quang 3D. DualBeam là một công cụ lý tưởng cho quy trình chụp cắt lớp tương quan; nó cho phép nghiên cứu RoI trên nhiều thang đo bằng cách kết hợp microCT và chụp cắt lớp theo từng phần, và nó cho phép nhiều loại dữ liệu (cấu trúc, tinh thể học, hóa học, v.v.) được kết hợp lại với nhau cho cùng một vùng.

Helios Hydra DualBeam cho phép bạn:

• Đạt được năng suất phay mẫu cao hơn tới 100 lần với nhiều loại ion khác nhau (Xe+, O+, Ar+ and N+) cùng với các quy trình và hóa chất riêng biệt
• Có được hình ảnh có độ phân giải cao nhất với công nghệ đơn giản nhất 
• Thu thập dữ liệu đáng tin cậy và có thể lặp lại trong thời gian dài nhất với giai đoạn 5-axis piezo độc đáo
• Chuẩn bị kết quả 3D có chất lượng cao nhất với các kết quả đã được chứng minh và tối ưu hóa gói thu thập mẫu 3D (Auto Slice and View 4 Software)
• Thực hiện xử lý dữ liệu 3D dễ dàng và mạnh mẽ nhất với Avizo Software

Tác giả: Bartlomiej Winiarski, Grzegorz Pyka and Brandon Van Leer

Để biết thêm chi tiết và Application Note hoàn chỉnh, xin vui lòng liên hệ ADGroup