Einleitung
Fein fokussierte Ionenstrahlen (Focused Ion Beam FIB) sind ein sehr nützliches Werkzeug in der Mikro- und Nanotechnologie sowie in der Analytik. Charakteristische Eigenschaften sind der Nanometer-Strahldurchmesser, der Energiebereich zwischen einigen eV und 200 keV, eine hohe Stromdichte sowie eine große Vielfalt an verfügbaren Ionen. In kommerziellen FIB Systemen werden üblicherweise Ga Flüssigmetall-Ionenquellen (LMIS) und in einigen Fällen auch Flüssigmetall-Legierungs-Ionenquellen (LMAIS) eingesetzt. FIB-Anlagen gestatten es, Strukturen beliebiger Form bis in den Nanometerbereich hinein zu erzeugen.
Beladen einer Flüssig-Metalllegierungs-Ionenquelle mit flüssiger Gold-Silizium Legierung
Emissionstest einer Gold-Silizium Flüssig-Metalllegierungs-Ionenquelle
Herstellung
Periodensystem der Elemente nach Verfügbarkeit in Ionenfeinstrahlanlagen
Das Ionenfeinstrahllabor im Institut verfügt über Ausrüstungen und umfangreiche Erfahrungen zur Entwicklung und Herstellung von LMAIS vom Haarnadeltyp für unterschiedliche Quellenmaterialien wie beispielsweise:
Au73Ge27, Au82Si18, Ce80C20, Co36Nd64, Er69Ni31, Sn74Pb26, In14Ga86, Ga38Bi62, Ga35Bi60Li5 sowie viele andere Quellen auf Anfrage ...
Test und Charakterisierung
Für den Test und zur Charakterisierung der Quellen werden folgende Parameter bestimmt:
- Strom-Spannungs-Charakteristik, Emissionsstabilität, Lebensdauer und Emitter-Temperaturverhalten, Langzeitstabilität.
- Massenspektren
- Winkelverteilung und Winkelintensität mittels eines rotierenden Faradayzylinders.
- Ionenenergieverteilung sowie Energieverschiebung jeder emittierten Komponente der Quelle durch einen Massenfilter und einen Gegenfeldanalysator.
Instrumentation
- TIBUSSII - Orsay Physics NanoSpace system ausgerüstet mit einem 5 nm SEM, einer 7 nm massen-separierten Flüssigmetall Legierungs FIB sowie einer 17 nm massen-separierten Plasma FIB
- 2x Orsay Physics CANION Z31Mplus massen-separierten Flüssigmetall-Legierungs FIB (semi-kommerziell)
- Carl Zeiss NVision 40 CrossBeam Ga-FIB für Standardanwendungen wie Ionenstrahllithografie und TEM-Lamellen-Zielpräparation
- Carl Zeiss ORION NanoFab & 2x Carl Zeiss ORION Plus Helium Ion Microscope He/Ne-FIB
- Hitachi Ion Milling System ArBlade 5000 zur Erstellung von Ionenpolierten Probenquerschnitten, 500µA of 10 keV Ar, Abtragraten > 1 mm / h
- Leica EM TXP Zielpräzisionsinstrument zur Probenvorbereitung zum Fräsen, Sägen, Schleifen und Polieren von Proben mit integriertem Stereomikroskop
Aktuelle Projekte
Entwicklung eines Emitter-Makers zur Herstellung von Flüssigmetall-Ionenquellen aus hochschmelzenden Komponenten EMIE (03/2024 – 02/2026), gefördert durch AiF/BMWK (32 46231 003)
In den Gebieten der Quantentechnologie und der magnetischen Nanostrukturen steigen die Nachfragen zur Nutzung weiterer hochschmelzender und an Luft reaktiver, chemischer Elemente in Focused-Ion-Beam (FIB)-Anlagen. Die Ionenstrahlen werden aus Legierungen in Flüssig-Metalllegierungs-Ionenquellen (LMAIS) erzeugt, deren Bestandteile Schmelzpunkte weit über 1000°C haben und teilweise sehr reaktiv an Luft reagieren. Damit ergab sich in der Folge ein unsicherer Betrieb der Quellen. Die Raith GmbH ist zur Nanostrukturierung ein weltweit aktives Unternehmen. Die Arbeitsgruppe Ioneninduzierte Nanostrukturen am HZDR befasst sich mit der Herstellung und Charakterisierung von neuartigen LMAIS sowie der Entwicklung neuartiger Spektrometer. Mit diesem Projekt soll eine Fertigungstechnologie entwickelt werden, die eine Vielzahl von an Luft reaktiven Elementen mit hohen Schmelztemperaturen ermöglicht. Die chemische Reinheit der Quellen sowie verschiedenste Herstellungs- und Betriebsparameter müssen für das Qualitätsmanagement überwacht und standardisiert werden. Projektziel ist die reproduzierbare, kontaminationsfreie Herstellung und Funktion einer neuen Palette von LMAIS.
Gallium Oxide Fabrication with Ion Beams GoFIB (05/2022 – 05/2025)
GoFIB (Reference Number: project9659), press release
Gallium oxide is a novel ultra-wide band gap material, and the rationale is that its thin film fabrication technology is immature. In particular, the metastability conditions are difficult to control during sequential deposition of different polymorphs with existing techniques. However, the polymorphism may turn into a significant advantage if one can gain control over the polymorph multilayer and nanostructure design. Our objective is to develop a method for the controllable solid state polymorph conversion of gallium oxide assisted by ion irradiation, capitalizing on encouraging preliminary data. This fabrication method may pave the way for several potential applications (e.g. in power electronics, optoelectronics, thermoelectricity, batteries) and we will test the corresponding functionalities during the project. Thus, we envisage multiple positive impacts and potential benefits across a wide range of stakeholders.
Abgeschlossene Projekte
Alle Publikationen
Aktuelle Publikationen
2025
Programmable activation of quantum emitters in high-purity silicon with focused carbon ion beams
M. Hollenbach, N. Klingner, P. Mazarov, W. Pilz, A. Nadzeyka, F. Mayer, N. V. Abrosimov, L. Bischoff, G. Hlawacek, M. Helm, G. Astakhov
Beteiligte Forschungsanlagen
- Ionenstrahlzentrum DOI: 10.17815/jlsrf-3-159
Verknüpfte Publikationen
- DOI: 10.17815/jlsrf-3-159 is cited by this (Id 39025) publication
-
Data publication: Programmable activation of quantum emitters in high-purity …
ROBIS: 39026 HZDR-primary research data are used by this (Id 39025) publication
Permalink: https://www.hzdr.de/publications/Publ-39025
2024
A low-kiloelectronvolt focused ion beam strategy for processing low-thermal-conductance materials with nanoampere currents
A. Wolff, N. Klingner, W. Thompson, Y. Zhou, J. Lin, Y. Xiao
Beteiligte Forschungsanlagen
- Ionenstrahlzentrum DOI: 10.17815/jlsrf-3-159
Verknüpfte Publikationen
- DOI: 10.17815/jlsrf-3-159 is cited by this (Id 38809) publication
Permalink: https://www.hzdr.de/publications/Publ-38809
Transport of dust across the Solar System: Constraints on the spatial origin of individual micrometeorites from cosmic-ray exposure
J. Feige, A. Airo, D. Berger, D. Brückner, A. Gärtner, M. Genge, I. Leya, F. Habibi Marekani, L. Hecht, N. Klingner, J. Lachner, X. Li, S. Merchel, J. Nissen, A. B. C. Patzer, S. Peterson, A. Schropp, C. Sager, M. D. Suttle, R. Trappitsch, J. Weinhold
Beteiligte Forschungsanlagen
- Ionenstrahlzentrum DOI: 10.17815/jlsrf-3-159
Verknüpfte Publikationen
- DOI: 10.17815/jlsrf-3-159 is cited by this (Id 38222) publication
Permalink: https://www.hzdr.de/publications/Publ-38222
2023
Roadmap for focused ion beam technologies
K. Höflich, G. Hobler, F. I. Allen, T. Wirtz, G. Rius, A. Krasheninnikov, M. Schmidt, I. Utke, N. Klingner, M. Osenberg, L. McElwee-White, R. Córdoba, F. Djurabekova, I. Manke, P. Moll, M. Manoccio, J. M. de Teresa, L. Bischoff, J. Michler, O. de Castro, A. Delobbe, P. Dunne, O. V. Dobrovolskiy, N. Freese, A. Gölzhäuser, P. Mazarov, D. Koelle, W. Möller, F. Pérez-Murano, P. Philipp, F. Vollnhals, G. Hlawacek
Beteiligte Forschungsanlagen
- Ionenstrahlzentrum DOI: 10.17815/jlsrf-3-159
Verknüpfte Publikationen
- DOI: 10.17815/jlsrf-3-159 is cited by this (Id 37049) publication
-
Applied Physics Reviews 10(2023)4, 041311
arXiv: 2305.19631
Cited 29 times in Scopus -
Poster
Eu-F-N workshop, 07.-09.06.2023, Zürich, Schweiz -
Poster
FIT4NANO workshop, 17.-19.07.2023, Lisbon, Portugal -
Poster
AVS69, 05.-10.11.2023, Portland, USA -
Eingeladener Vortrag (Konferenzbeitrag) (Online Präsentation)
FIB FIG User meeting, 17.04.2024, online, USA -
Vortrag (Konferenzbeitrag)
67th International Conference on Electron, Ion and Photon Beam Technology and Nanofabrication, EIPBN 2024, 28.-31.05.2024, La Jolla, USA
Permalink: https://www.hzdr.de/publications/Publ-37049
Universal radiation tolerant semiconductor
A. Azarov, J. G. Fernández, J. Zhao, F. Djurabekova, H. He, R. He, Ø. Prytz, L. Vines, U. Bektas, P. Chekhonin, N. Klingner, G. Hlawacek, A. Kuznetsov
Beteiligte Forschungsanlagen
- Ionenstrahlzentrum DOI: 10.17815/jlsrf-3-159
Verknüpfte Publikationen
- DOI: 10.17815/jlsrf-3-159 is cited by this (Id 36900) publication
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Data publication: Universal radiation tolerant semiconductor
ROBIS: 37095 HZDR-primary research data are used by this (Id 36900) publication
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Nature Communications 14(2023), 4855
arXiv: 2303.13114
Cited 35 times in Scopus
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Permalink: https://www.hzdr.de/publications/Publ-36900
Direct magnetic manipulation of a permalloy nanostructure by a focused cobalt ion beam
J. Pablo-Navarro, N. Klingner, G. Hlawacek, A. Kakay, L. Bischoff, R. Narkovic, P. Mazarov, R. Hübner, F. Meyer, W. Pilz, J. Lindner, K. Lenz
Beteiligte Forschungsanlagen
- Ionenstrahlzentrum DOI: 10.17815/jlsrf-3-159
Verknüpfte Publikationen
- DOI: 10.17815/jlsrf-3-159 is cited by this (Id 36822) publication
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- Zweitveröffentlichung erwartet
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