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HIM Trimer

Helium Ion Microscopy

Heliumionenmikroskopie (HIM) ist eine neue Methode die einen fokussierten Ionenstrahl für hochauflösenden Mikroskopie und die Herstlellung von Nanostrukturen sowie deren Analyse verwendet.

Grundlagen

Im HIM werden die Edelgase Helium oder Neon an der Spitze einer atomarscharfen Worlframspitze ionisert. Die Spitze wird zu diesem Zweck auf nur drei Atome angespitzt. Diese Technik ermöglicht eine Quellengröße von nur 0.25 nm und eine Auflösung von 0.5 nm bei Verwendung von Helium. Während letzters primär für die Abbildung von Nanostrukturen Verwendung findet benutzt man Neon zur Herstellung von nanometer kleinen Strukturen mit einer Auflösung von 1.8 nm.

Instrumentation

  • 0.5 nm He Strahl 10-35 keV
  • 2 nm Ne Strahl 5-25 keV
  • Gasinjektionssystem für die Ionenstrahlgestützte Abscheidung (W(Co)6, HRD, XeF2)
  • In-situ Rückstreuspektrometrie (50nm Auflösung) und Sekundärionenmassenspektrometrie (8 nm Auflösung)
  • 4 Kleindiek MM3A Mikromanipulatoren
  • Probenheizer (<500°C)
Orion NanoFab HIM Trimer
Orion NanoFab HIM Trimer
Foto: Carl Zeiss Foto: Gregor Hlawacek
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Anwendungbeispiele

Hochauflösende Mikroskopie
Herstellung von Nanostrukturen
  • Halbleiter
  • Materialwissenschaft
  • Polymere (unbeschichtet)
  • Biologische Proben (unbeschichtet)
  • Katalysatormaterialien
  • Sekundärionenmassenspektrometrie
  • TEM Lamellenherstellung
  • Herstellung von Nanoporen
  • Edelgas implantation
  • Plasmonische Strukturen
  • Ionenstrahlmischen

Laufende Projekte

FIT4NANO (04/2020-03/2024)

Ziel der COST Action ist es einer koordinierten Art und Weise europäische Forscher und Unternehmen aus dem Bereich der Ionenstrahlnanotechnologie an die Spitze dieses sich rasch wandelend Felds zu führen. Zu diesem Zweck wird die Action Entwickler und Anwender von fokusierten Ionenstrahlentechnologie (FIB) vereinen und damit die Entwicklung von effizienten Werkzeugen und Anwendung zur Erkennung, Herstellung und Charakterisierung von funktionellen Nanomaterialen ermöglichen. Die Action wird Ionenquellen und Geräte für die sub 10 nm Herstellung und Characterisierung entwicklen. Diese Ziele werden durch ein europaweites Netzwerk von experimentallen und theoretischen Arbeitsgruppen die normalerweise nicht zusammenarbeiten erreicht. Dabei ist es entscheidend dei zunehmende Trennung von Entwicklern und Anwendern von Ionenstrahltechnologie zu verhindern, da das sonst erstere Techniken an den Wünschen der Anwender, die keine Kenntnis von den umfasseneden Möglichkeiten haben, vorbei entwicklen.

npSCOPE (01/2017-12/2020)

Ziel des npSCOPE Projektes ist die Entwicklung eines neuartigen Mikroskopes das die gleichzeitige Herstellung von hochauflösenden Sekundärelektronenbildern, Massenspektroskopiedaten und Transmissionsionenbildern erlaubt. Im npSCOPE können diese Daten bei Bedarf auch bei -140°C erzeugt werden. Eine solche Methode erlaubt die effektive und vollständige Charakterisierung von Nanoteilchen in ihrer biologisch relevanten Umgebung. Die so erzeugten Daten sind für das abschätzen von bestehenden und zukünftigen Gesundheitsrisiken von Nanopartikeln von großer Bedeutung.

picoFIB (05/2017-04/2020)

The PicoFIB Network brings together international researchers with an interest in material manipulation and characterisation using novel gas-ion patterning and microscopy. It provides a foundation for knowledge exchange, technical training and research development. Outputs find application across the fields of nano-devices, energy technology and bio-materials. It comprises a series of exchange visits, training events and international workshops.

Das picoFIB Netzwerk verbindet international Wissenschaftler aus dem Bereich der Ionengestüzten Charakterisierung und Herstellung von Nanostrukturen. Hier wird besonders auf die Anwendung von neuen Nobelgasionen basierten Methoden fokussiert. Das Netzwerk organisiert workshops, wissenschaftlichen Austausch und Zugang zu modernen nobelgasbasierten Methoden sowie internationale Konferenzen.

IONS4SET (02/2016-07/2020)

In diesem Projekt geht es um die CMOS kompatible Herstellung eines Einzelelektronentransistors der bei Raumtemperature funktioniert. Dieses Ziel wird durch die Kombination aus modernen Nanostruktureherstellungsverfahren und Ionenstrahltechniken erreicht. Das HIM spielt dabei ein entscheidende Rolle in der Untersuchung der zu Grundeliegenden Vorgänge beim ionenmischen.

Analytische Ionenmikroskopo (finished)

In diesem Projekt wurde ein flugzeitbasiertes Rückstreuspektrometer für das HIM entwickelt. Die erreichte laterale Aufläsung liegt bei 50 nm. Dieses Projekt war die Basis für das später Entwickelte Flugzeitsekundärionenmassenspektrometer.

Aktuelle Veröffentlichungen

weitere Veröffentlichungen

2020

Structural and chemical evolution of Au-silica core-shell nanoparticles during 20 keV helium ion irradiation: a comparison between experiment and simulation

M. Mousley, W. Möller, P. Philipp, G. Hlawacek, T. Wirtz, S. Eswara


Photoluminescence and Raman Spectroscopy Study on Color Centers of Helium Ion-Implanted 4H–SiC

Y. Song, Z. Xu, R. Li, H. Wang, Y. Fan, M. Rommel, J. Liu, G. Astakhov, G. Hlawacek, B. Li, J. Xu, F. Fang

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  • Zweitveröffentlichung erwartet ab 15.09.2021

Freestanding and Supported MoS2 Monolayers under Cluster Irradiation: Insights from Molecular Dynamics Simulation

S. Ghaderzadeh, V. Ladygin, M. Ghorbani Asl, G. Hlawacek, M. Schleberger, A. Krasheninnikov

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  • Zweitveröffentlichung erwartet ab 28.07.2021

Helium Ion Microscopy for Reduced Spin Orbit Torque Switching Currents

P. Dunne, C. Fowley, G. Hlawacek, J. Kurian, G. Atcheson, S. Colis, N. Teichert, B. Kundys, M. Venkatesan, J. Lindner, A. M. Deac, T. Hermans, J. Coey, B. Doudin

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  • Zweitveröffentlichung erwartet ab 15.09.2021

An atomic force microscope integrated with a helium ion microscope for correlative nanocharacterization

S. H. Andany, G. Hlawacek, S. Hummel, C. Brillard, M. Kangül, G. E. Fantner

Verknüpfte Publikationen


Morphology modification of Si nanopillars under ion irradiation at elevated temperatures: plastic deformation and controlled thinning to 10 nm

X. Xu, K.-H. Heinig, W. Möller, H.-J. Engelmann, N. Klingner, A. Gharbi, R. Tiron, J. Borany, G. Hlawacek

Downloads:


Channeling effects in gold nano-clusters under He ion irradiation: insights from molecular dynamics simulations

S. Ghaderzadeh, M. Ghorbani Asl, S. Kretschmer, G. Hlawacek, A. Krasheninnikov


2019

Strain Anisotropy and Magnetic Domains in Embedded Nanomagnets

M. Nord, A. Semisalova, A. Kákay, G. Hlawacek, I. Maclaren, V. Liersch, O. Volkov, D. Makarov, G. W. Paterson, K. Potzger, J. Lindner, J. Faßbender, D. Mcgrouther, R. Bali


Stationary beam full-field transmission helium ion microscopy using sub-50 keV He+: Projected images and intensity patterns

M. Mousley, S. Eswara, O. de Castro, O. Bouton, N. Klingner, C. T. Koch, G. Hlawacek, T. Wirtz


Time-of-flight secondary ion mass spectrometry in the helium ion microscope

N. Klingner, R. Heller, G. Hlawacek, S. Facsko, J. von Borany

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2018

Site-controlled formation of single Si nanocrystals in a buried SiO₂ matrix using ion beam mixing

X. Xu, T. Prüfer, D. Wolf, H.-J. Engelmann, L. Bischoff, R. Hübner, K.-H. Heinig, W. Möller, S. Facsko, J. von Borany, G. Hlawacek


Supported Two-Dimensional Materials under Ion Irradiation: the Substrate Governs Defect Production

S. Kretschmer, M. Maslov, S. Ghaderzadeh, M. Ghorbani-Asl, G. Hlawacek, A. V. Krasheninnikov

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Bio-recycling of metals: Recycling of technical products using biological applications

K. Pollmann, S. Kutschke, S. Matys, J. Raff, G. Hlawacek, F. L. Lederer

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Helium-ion microscopy, helium-ion irradiation and nanoindentation of Eurofer 97 and ODS Eurofer

F. Bergner, G. Hlawacek, C. Heintze

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