Sistemele cu fascicule de ioni au devenit din ce în ce mai populare datorită capacității de a dezvolta diferite tipuri de nanostructuri. Bazate pe dimensiunea sursei fasciculului, instrumentele cu fascicul ionic pot fi catalogate în două grupuri largi: fascicul ionic larg și fascicul ionic focalizat. Restricțiile întâlnite în timpul aplicațiilor IBM ar promova dezvoltarea instrumentelor cu fascicul ionic.

De exemplu, eficiența de prelucrare FIB este în general mai mică decât alte metode de fabricare. Cum să creșteți eficiența FIB fără a-i degrada rezoluția este un subiect cheie pentru cercetarea și dezvoltarea instrumentelor FIB. Pentru a îmbunătăți eficiența fabricării FIB, curentul maxim FIB a fost crescut de la 20-65 nA în noile sisteme comerciale FIB dezvoltate. Mai mult, a fost propus un sistem multifascicul ionic de proiecție focalizată (PROFIB) folosind fascicul multi-ion care este emis de la sursa multi-ion pentru a spori productivitatea tehnologiei FIB (Hans Loeschner și colab. 2002). Instrumentele IBM tipice și recent dezvoltate, inclusiv sistemul cu fascicul dublu FIB/SEM, sistemul cu fascicul triplu SEM/FIB/Ar și microscopul cu ioni de heliu, vor fi introduse cuprinzător în capitolul ▶Instrumente cu fascicul ionic utilizate pentru nanofabricare.

De exemplu, sunt prezentate pe scurt sistemul cu fascicul dublu cu fascicul ionic focalizat și unele dezvoltări ulterioare pentru extinderea funcției.

Avantajele sistemului Dual-Beam Focused-Ion-Beam

Cea mai dramatică îmbunătățire a sistemului cu fascicul de ioni focalizat a fost adăugarea unei coloane secundare, o coloană de electroni, pentru a crea instrumentul FIB/SEM cu fascicul dublu. Acest sistem cu fascicul dublu, având atât fasciculul de ioni cât și cel de electroni concentrate în coincidență asupra probei, a permis frezarea și formarea imaginilor simultane a probelor. Aceste avantaje sunt foarte benefice pentru aplicațiile IBM. Cu un software Slice and View și programe similare oferite de producătorii FIB, frezarea automată și secvențială a probelor reduce dramatic timpul utilizatorului și al instrumentului, permițând în același timp o investigare tridimensională a probei (Grandfield și Engqvist 2012). Beneficiul sistemului cu fascicul dublu, analiza structurală tridimensională, a fost demonstrat pe interfețe de țesut biomaterial (Giannuzzi et al. 2007) și copolimer bloc (Mitsuro et al. 2007), după cum se arată în Fig. 36. Structura internă tridimensională (3D) a unui copolimer bloc poli (stiren-bloc-izopren) poate fi observată la niveluri sub-micrometrice. Dimensiunea imaginii reconstruite prin FIB/SEM a fost de 6,0 x 6,0 x 4,0 μm³, ceea ce a fost mai mare decât datele microtomografiei electronice de transmisie cu un factor de aproximativ 40. Rezultatele indică faptul că reconstrucția 3D folosind tehnica FIB/SEM este destul de utilă pentru observațiile directe 3D, pentru diferite aplicații.

Extensie de funcție a instrumentelor FIB

A fost stabilită o configurație de testare nanomecanică pentru a efectua un test nanomecanic cantitativ in situ (Gianola et al. 2011), în care manipularea, transferul și alinierea specimenului au fost efectuate folosind un nanomanipulator, poziționatoare controlate independent și fascicul de ioni concentrat, așa cum este ilustrat în Fig. 37. Prinderea probelor a fost realizată utilizând depunerea de Pt asistată de fascicul de electroni. Un traductor bazat pe un sistem de condensatori cu trei plăci a fost utilizat pentru măsurători de forță și deplasare de înaltă fidelitate. Măsurătorile locale de deformare sunt obținute folosind corelarea imaginilor digitale a imaginilor cu electroni luate în timpul testării. Efectele dimensiunii nanomaterialelor asupra comportamentului mecanic și provocările testării nanomecanice în medii cu vid pot fi studiate în detalii bazate pe setarea testării nanomecanice.