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Porträt Dr. Klingner, Nico; FWIZ-N

Dr. Nico Klingner

Focused Ion Beams (FIB) including SEM, LMAIS, GFIS (HIM) and ECR Plasma
n.klingnerAthzdr.de
Tel.: +49 351 260 2524
+49 351 260 3676

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

Foto: Periodic Table of Elements available for focused ion beams ©Copyright: Dr. Nico Klingner

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

Verknüpfte Publikationen

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

Verknüpfte Publikationen

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

Verknüpfte Publikationen

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

Verknüpfte Publikationen

  • Open Access Logo Applied Physics Reviews 10(2023)4, 041311
    arXiv: 2305.19631
    Cited 26 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
  • Open Access Logo Eingeladener Vortrag (Konferenzbeitrag) (Online Präsentation)
    FIB FIG User meeting, 17.04.2024, online, USA
  • Open Access Logo 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

Verknüpfte Publikationen

Downloads

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

Verknüpfte Publikationen

Downloads

  • Zweitveröffentlichung erwartet

Permalink: https://www.hzdr.de/publications/Publ-36822