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Introdução à FIBFocused Ion Beam
Henrique Limborço
Microscopista CM-UFMG
Prof. Departamento de Física – UFMG
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Resumo
• Origem da técnica
• Exemplos de aplicação
• Fonte de Íons
• Formação de imagens em MEV
• Sputtering
• Exemplo de Ion Milling: Fabricação de Lamela
• Detalhes da implementação*
*Se houver tempo suficiente
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Origem da técnica de FIB
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Durante a década de 1960 a NASA estava pesquisando um propulsor alternativo aosfoguetes químicos usados no projeto Apolo.
Dentre as varias alternativas surgidas despontou o propulsor por íons, que permite umaeficiência maior que os propulsores tradicionais de combustível líquido, com velocidadefinal muito superior, porém com baixas acelerações. (É um propulsor para ser usado noespaço – fora da gravidade terrestre).
Origem da técnica de FIB
P= 1–7 kW
𝑒 = 65–80%
𝑣𝑒 = 20–50 km/s
T = 25–250 10-3N
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A coluna Iônica
Geração do feixe de íons (2µA)
Ajuste da corrente (1,5 pA-65nA)
Varredura e foco do feixe
LMIS
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A coluna eletrônica
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Imagem com feixe eletrônico
~𝝁𝒎
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•Reflexão dos íons (backscattering).•Emissão de elétrons (formação de imagens).•Emissão de fótons.•Ionização de átomos.•Aquecimento do substrato. •Implantação de íons. •Formação intersticial de vacâncias.•Emissão de átomos neutros. •Emissão de íons do substrato.
Interação íon-sólido
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Íon Ga+ energia 30keV
Átomos do sólido
Milling
Área amorfa
Taxa de Milling ~ 2 - 5 átomos/íon
Profundidade amorfa ~ 30nm
Interação íon-sólido
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De maneira geral a taxa de sputtering depende: •Energia de ligação dos átomos no sólido •Tamanho dos átomos
Taxa de SputteringInfluência dos átomos do sólido
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De maneira geral a taxa de sputtering depende: •Energia de ligação dos átomos no sólido •Tamanho dos átomos
Taxa de SputteringInfluência dos átomos do sólido
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Taxa de SputteringInfluência dos do íon incidente
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Taxa de SputteringInfluência dos átomos do sólido
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Taxa de SputteringInfluência dos átomos do sólido
A taxa de sputtering pode ser relacionada com a energia de ligação dos átomos na superfície e o ponto de fusão dos mesmos
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Quanto mais massivo o íon incidente maior será o sputtering produzido.
Taxa de SputteringInfluência dos do íon incidente
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Taxa de SputteringInfluência da energia de aceleração
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Taxa de SputteringInfluência do ângulo de incidência
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Formação de imagensEfeito Channeling
As imagens de ES formadas a partir da incidência de íons são influenciadas pela fortementepela orientação cristalográfica e pelo número atômico do material.
átomo mais massivo
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Imagem de elétrons secundários por incidência de feixe de elétrons
Imagem de elétrons secundários por incidência de feixe de íons
Formação de imagensEfeito Channeling
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Formação de imagensEfeito Channeling
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Formação de imagensEfeito Channeling
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Microscópio de feixe duploElétrons + Íons
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Canhão de elétrons: •Imagem alta resolução 0,8nm•Análise EDS•Imagem Química
Canhão de íons: •Nanofabricação (usinagem, depósito de filmes metálicos e isolantes, micro-manipulação de materiais)•Imagem resolução 10nm
Microscópio de feixe duploElétrons + Íons
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Microscópio de feixe duploElétrons + Íons
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Final coluna de íons Final coluna de elétrons
Base suporteamostra
Microscópio de feixe duploElétrons + Íons
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•Depósito de materiais metálicos e isolantes
Aplicações
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Microscópio de feixe duploDeposição de Materiais
É possível o depósito de materiais isolantes ou condutores em áreas estabelecidas pelo usuário
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C9H16Pt
Agulha injetora gás metálico
Microscópio de feixe duploDeposição de Materiais
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C9H16Pt + e- ⇒ Pt + C9H16↑
Microscópio de feixe duploDeposição de Materiais
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Microscópio de feixe duploDeposição de Materiais
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Micro-usinagem com resolução nanométrica.
Exemplo: Fabricação de redes de difração para detectores
Infravermelho para Aeronautica do Brasil.
Aplicações
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Aplicações
Processo Foto-Químico Processo Feixe de íons
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AplicaçõesVerificação de interfaces e filmes
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•A reparação de máscaras de fotolitografia e de protótipos de circuitos integrados em industrias de semicondutores.
•A INTEL possui 80 desses microscópios em sua linha de montagem/reparação.
Aplicações
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Aplicações
•Inspeção (in situ) de falhas em peças e materiais.
•Exemplo: verificação da granulometria em uma região específica de
uma peça de cobre
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Slice & View
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Slice & View
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•Análises granulométrica e cristalográfica em três dimensões
Aplicações
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Preparação de lamelas para MET
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Preparação de lamelas para MET
https://www.youtube.com/watch?v=omcxfWGJzsw
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Preparação de lamelas para MET
https://www.youtube.com/watch?v=omcxfWGJzsw
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Preparação de lamelas para MET
https://www.youtube.com/watch?v=omcxfWGJzsw
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Preparação de lamelas para MET
https://www.youtube.com/watch?v=omcxfWGJzsw
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Preparação de lamelas para MET
https://www.youtube.com/watch?v=omcxfWGJzsw
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Detalhes da implementação da técnicaVarredura com Íons
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Diâmetro do Feixe: 10nm – 50nmDwell Time : 10µs
Detalhes da implementação da técnicaVarredura com Íons
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Detalhes da implementação da técnicaVarredura com Íons
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Os efeitos cumulativos dos íons positivos penetrando no sólido, juntamente coma ejeção de elétrons negativos, tem como consequência o carregamento dosólido positivamente.
+
+
+ +
+ + +
Detalhes da implementação da técnicaAcúmulo de cargas
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+
++ +
+ + +
Detalhes da implementação da técnicaAcúmulo de cargas
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Detalhes da implementação da técnicaAcúmulo de cargas
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Detalhes da implementação da técnicaAcúmulo de cargas
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Muito obrigado pela atenção
• Dúvidas? Perguntas?
• Atividade prática no FIB
– Próxima semana
– Preparação de lamelas
– EDS
– EBSD?