Сканирующий гелиевый ионный микроскоп

Сканирующий гелиевый ионный микроскоп

Сканирующий ионный гелиевый микроскоп (СИГМ) — это сканирующий (растровый) микроскоп, по принципу работы аналогичный сканирующему электронному микроскопу, но использующий пучок ионов гелия вместо электронов.

Источник ионов

Основное его отличие от большинства приборов со сфокусированным ионным пучком, в которых используются жидкометаллические источники ионов, в гелиевом ионном микроскопе используется газовый автоионный источник. В качестве источника используется острие из вольфрама, к которому приложено высокое напряжение.В результате специального термополевого цикла на кончике острия формируется трехгранная пирамида, на вершине которой располагаются три атома вольфрама. Газообразный гелий ионизуется в сильном электрическом поле вблизи острия.Режим автоионного микроскопа делает возможным наблюдение за источником с атомарным разрешением, что применяется для юстировки и формирования источника, таким образом, что для создания ионного пучка используется одиночный атом вольфрама.Для стабилизации источника и повышения эффективности автоионизации острие охлаждается жидким азотом.

Оптика

Для фокусировки и отклонения ионного пучка применяется электростатическая оптическая схема, аналогично системам со сфокусированным ионным пучком.

Взаимодействие ионов с веществом

В результате взаимодействия ускоренных ионов с веществом кинетическая энергия налетающих ионов передается атомам и электронам материала.При этом некоторые из электронов вещества вылетают в вакуум (вторичные электроны). Часть ионов гелия отражается от атомов вещества назад.Помимо этого, некоторые из атомов вещества могут быть выбиты налетающими ионами, что приводит к распылению материала.

Импульс налетающих ионов недостаточен для эффективного возбуждения глубоких уровней атомов, поэтому возбуждения рентгеновского излучения в гелиевом ионном микроскопе не наблюдается.

Приложения

Основными приложениями для СИГМ являются:

• Ионная литография с использованием резиста
• Распыление ионным пучком
• Микроскопия поверхности материала