Появление сканирующего ионного микроскопа является новым этапом в развитии сканирующей микроскопии, характеризующимся получением субнанометрового разрешения. Благодаря минимально возможному размеру источника ионов, который представляет собой одиночный атом вольфрама, теоретический предел разрешения составляет 0,25 нм.
Сканирующий ионный гелиевый микроскоп Zeiss ORION
Малый угол сходимости пучка обеспечивает большую глубину резкости, что, в сочетании с высоким разрешением, позволяет получить высокое качество изображения.
Большая масса ионов по сравнению с электронами существенно уменьшает влияние дифракции и увеличивает сечение рассеяния на атомах исследуемого материала, благодаря чему увеличивается контраст по атомному номеру, как в режиме регистрации вторичных электронов, так и при регистрации обратно-рассеянных ионов.
Другой особенностью ионного сканирующего микроскопа является малый ток пучка, на три порядка меньший, чем типичный ток пучка электронного микроскопа. Это позволяет избежать негативных последствий, связанных с изменениями, происходящими в образце под действием пучка и уменьшить влияние зарядки поверхности не проводящих образцов.
Кроме того, предусмотрена система компенсации заряда поверхности электронным пучком, которая позволяет работать с диэлектриками, практическибез потери качества изображения.
Основные параметры сканирующего ионного микроскопа Zeiss ORION:
Ускоряющее напряжение 10-40кВ.
Ток ионного пучка: 0,1-100 pA.
Детектор вторичных электронов.Разрешение по резкости края: 0,6 нм
Детектор обратно-рассеянных ионов.
Система компенсации поверхностного заряда электронным пучком.
В качестве источника ионов используется вольфрамовое острие, на котором происходит автоионизация гелия в сильном электрическом поле. Режим сканирующей автоионной микроскопии позволяет непосредственно наблюдать форму источника с атомарным разрешением и формировать устойчивую конфигурацию из трех атомов, а также проводить механическую юстировку источника. Пучок от одного атома из тройки (в центре кадра) используется для получения изображения.
Сфокусированный с помощью оптической системы пучок обладает малой сходимостью, что позволяет получить большую глубину фокуса, чем в стандартной сканирующей электронной микроскопии.
Регистрация обратно-рассеянных ионов (справа) позволяет получить высокий контраст по атомному номеру, а также наблюдать разориентацию кристаллической решетки.
Снимки, полученные в МРЦ по направлению "Нанотехнологии".
Система ионной литографии NanoMaker
Программно-аппаратный комплекс NanoMaker производства Interface Ltd., предназначенный для проектирования и создания структур методами ионной и электронной литографии. Система позволяет выполнять экспонирование резиста, распыление материала ионным пучком и захват изображения с микроскопа, компенсировать статические и динамические ошибки отклоняющих систем микроскопа. Программное обеспечение позволяет подготовить данные для экспонирования или импортировать данные из растрового изображения.
Помимо стандартного ПО Nanomaker дополнительно установлено программное обеспечение, моделирующее процесс распыления материала ионным пучком путем решения обратной задачи с учетом зависимости скорости распыления материала от угла падения пучка, изменяющегося в процессе распыления.
