روش پرتو یونی متمرکز،  به عنوان یکی از قویترین تجهیزات، کاربردهای گسترده ای را در زمینه آماده سازی نمونه، بازرسی و پردازش تجهیزات و ماشین کاری در حوزه های مختلف نظیر نیمه هادی ها، فلزات، سرامیک، پلیمر و علوم زیستی داراست. از طرفی دیگر، میکروسکوپ الکترونی روبشی یکی از تجهیزات راهبردی به منظور پیشبرد، تحلیل و بررسی تحقیقات به خصوص در حوزه نانو است که با بررسی مورفولوژی، توپوگرافی، ساختارهای فازی و ترکیبات شیمیایی  می تواند اطلاعات جامعی از انواع نمونه را ارائه دهد. امروزه به منظور بالا بردن کارایی، امکان بررسی سه بعدی ساختارها در مقیاس میکرو و نانو، امکان بررسی در محل نمونه، امکان آماده سازی فیلم های متوالی و قابلیت ایجاد تصاویر و کنترل تمامی مراحل آماده سازی و ماشین کاری نمونه ها ترکیبی از این دو روش در  تحقیقات به صورت روش پرتو یونی متمرکز - میکروسکوپ های الکترونی روبشی ارائه شده است.

دستگاه پرتو یونی متمرکز - میکروسکوپ های الکترونی روبشی از لحاظ ساختمان کاملا شبیه به میکروسکوپ الکترونی روبشی بوده که شامل ستون الکترونی، آشکارسازهای الکترون های ثانویه و الکترون های برگشتی و همچنین طیف سنجی پراکندگی انرژی پرتو ایکس است، با این تفاوت که در این دستگاه علاوه بر ستون الکترونی، یک ستون یونی هم وجود دارد، این ستون به صورت مورب نسبت به ستون الکترونی قرار می گیرد. علاوه بر آن، برای انجام فرآیندهایی نظیر آماده سازی نمونه، بازرسی و پردازش تجهیزات و ماشین کاری و غیره از  لوله های تزریق گاز و میکروپروب هم استفاده می شود.

بررسی عملکرد دستگاه پرتو یونی متمرکز - میکروسکوپ های الکترونی روبشی

در دستگاه پرتو یونی متمرکز - میکروسکوپ های الکترونی روبشی می توانیم سه سازوکار کلی تصویربرداری، فرزکاری و رسوب  گذاری را داشته باشیم.

-          تصویرسازی: در اثر برخورد پرتو یونی با سطح نمونه، ذرات ثانویه ای شامل اتم های خنثی، یون ها و الکترون ها از سطح خارج می شود، با استفاده از آشکارساز چندکاناله واقع در ستون یونی می توان این الکترون ها و یون های ثانویه حاصل را جمع آوری و تصویرسازی کرد.

-          فرزکاری: به منظور حذف و برداشتن مواد از روی سطح نمونه با روش فوق از روش فرزکاری (کندوپاش سطح) استفاده می شود که شامل دو روش کندوپاش فیزیکی و کندوپاش شیمیایی است.

-          رسوب گذاری: یکی دیگر از قابلیت های روش فوق، رسوب گذاری روی سطح به دو روش فیزیکی و شیمیایی است. در رسوب گذاری فیزیکی از یون های با انرژی کم استفاده می شود، در حالی که رسوب گذاری شیمیایی بر پایه واکنش های شیمیایی بین زیر لایه و مولکول های جذب شده روی سطح است و باید از یون هایی با انرژی بالا استفاده شود.

بررسی کاربردها

روش پرتو یونی متمرکز - میکروسکوپ الکترونی روبشی، در بررسی نیمه هادی ها، فلزات، سرامیک ها، پلیمرها و علوم زیستی بسیار پرکاربرد است و در سه حوزه زیر مورد استفاده قرار می گیرد:

-           بررسی و بازرسی میکرو سیستم ها؛

-          ابزاری برای فرآیند ماشین کاری؛

-          آماده سازی نمونه و ایجاد لایه های نازک

توضیحات کامل در مورد روش پرتو یونی متمرکز را در متن مقاله مطالعه کنید.

این مقاله در شماره 28 فصلنامه دانش آزمایشگاهی ایران (زمستان 1398) منتشر شده است.