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

2023

Deterministic multi-level spin orbit torque switching

J. Kurian, A. Joseph, S. Cherifi-Hertel, C. Fowley, G. Hlawacek, P. Dunne, M. Romeo, G. Atcheson, J. M. D. Coey, B. Doudin

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  • Zweitveröffentlichung erwartet ab 17.01.2024

2022

Wafer-scale nanofabrication of telecom single-photon emitters in silicon

M. Hollenbach, N. Klingner, N. Jagtap, L. Bischoff, C. Fowley, U. Kentsch, G. Hlawacek, A. Erbe, N. V. Abrosimov, M. Helm, Y. Berencen, G. Astakhov

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Epitaxial lateral overgrowth of tin spheres driven and directly observed by helium ion microscopy

N. Klingner, K.-H. Heinig, D. Tucholski, W. Möller, R. Hübner, L. Bischoff, G. Hlawacek, S. Facsko

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Downloads

  • Zweitveröffentlichung erwartet ab 19.09.2023

Resonance behavior of embedded and freestanding microscale ferromagnets

H. Cansever, M. S. Anwar, S. Stienen, K. Lenz, R. Narkovic, G. Hlawacek, K. Potzger, O. Hellwig, J. Faßbender, J. Lindner, R. Bali

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Quantitative nanoscale imaging using transmission He ion channelling contrast: Proof-of-concept and application to study isolated crystalline defects

S. Tabean, M. Mousley, C. Pauly, O. de Castro, E. Serralta Hurtado De Menezes, N. Klingner, G. Hlawacek, T. Wirtz, S. Eswara

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2021

Controlled and deterministic creation of synthetic antiferromagnetic domains by focused ion beam irradiation

F. Samad, G. Hlawacek, S. S. P. K. Arekapudi, X. Xu, L. Koch, M. Lenz, O. Hellwig

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The npSCOPE: a new multimodal instrument for in-situ correlative analysis of nanoparticles

O. de Castro, A. Biesemeier, E. Serralta Hurtado De Menezes, O. Bouton, R. Barrahma, Q. Hung Hoang, S. Cambier, T. Taubitz, N. Klingner, G. Hlawacek

Verknüpfte Publikationen


Revealing inflammatory indications induced by titanium alloy wear debris in periprosthetic tissue by label-free correlative high-resolution ion, electron and optical micro-spectroscopy

R. Podlipec, E. Punzón-Quijorna, L. Pirker, M. Kelemen, P. Vavpetič, R. Kavalar, G. Hlawacek, J. Štrancar, P. Pelicon, S. K. Fokter

Verknüpfte Publikationen


Atomistic Simulations of Defect Production in Monolayer and Bulk Hexagonal Boron Nitride under Low- and High-Fluence Ion Irradiation

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

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