23-10-2023
Сканирующий ионный гелиевый микроскоп (СИГМ) — сканирующий (растровый) микроскоп, по принципу работы аналогичный сканирующему электронному микроскопу, но использующий вместо электронов пучок ионов гелия.
Содержание |
В отличие от большинства приборов со сфокусированным ионным пучком, использующих 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, принципы автоионизации описаны в работах Мюллера[1]. Режим автоионного микроскопа позволяет наблюдать источник с атомарным разрешением, что используется для формирования и юстировки источника, таким образом, что для создания ионного пучка используется одиночный атом вольфрама. Для стабилизации источника и повышения эффективности автоионизации острие охлаждается жидким азотом.
Для фокусировки и отклонения ионного пучка используется электростатическая оптическая схема, аналогично системам со сфокусированным ионным пучком.
В результате взаимодействия ускоренных ионов с веществом кинетическая энергия налетающих ионов передается электронам и атомам материала. При этом некоторые из электронов вещества вылетают в вакуум (вторичные электроны). Часть ионов гелия отражается от атомов вещества назад. Кроме того, некоторые из атомов вещества могут быть выбиты налетающими ионами, что приводит к распылению материала.
Импульс налетающих ионов слишком мал для эффективного возбуждения глубоких уровней атомов, поэтому возбуждения рентгеновского излучения в гелиевом ионном микроскопе не наблюдается.
СИГМ оборудован двумя детекторами:
Для компенсации положительного электрического заряда, накапливающегося на поверхности диэлектрических материалов, используется расфокусированный электронный пучок.
Основными приложениями для СИГМ являются:
Сканирующий ионный гелиевый микроскоп был разработан компанией A.L.I.S., в настоящий момент являющейся частью компании Цейсс. Первый коммерчески доступный СИГМ появился в 2007 г. Фабрика по производству СИГМ расположена в г. Пибоди (США).
К настоящему моменту в мире установлено более 20 приборов, в основном в научно-исследовательских центрах (Национальный Институт Стандартов и Технологий США, Гарвардский Университет, Университет Твенте, Национальный университет Сингапура, Университет Билефельда). В России единственный СИГМ установлен в Междисциплинарном ресурсном центре по направлению «Нанотехнологии» Санкт-Петербургского государственного университета.
Сканирующий гелиевый ионный микроскоп.