Surse noi pentru orientată-ion Grinzi

Grinzi concentrat de ioni au o gamă largă de utilizări, de la scara nanometrica imagistica la fabricarea de nanomaterialelor. La CNST, cercetatorii sunt în curs de dezvoltare un roman magneto-optice sursă capcana de ioni pe bază (MOTIS), pentru a depăşi deficienţele de tehnicile anterioare de producţie fază. Aceasta noua tehnica utilizează o varietate de surse atomice pentru a produce fascicule de ioni extrem de concentrat, cu o energie bine controlat. Cercetatorii proiect sunt de lucru cu parteneri industriali pentru a dezvolta aplicaţii comerciale din aceste surse de ioni noi.

Comercială fascicule de ioni concentrat (gogoaşă) sunt folosite ca instrumente de diagnostic, tranşarea printr-un wafer de siliciu pentru a se asigura că acesta a fost fabricat în mod corect. Ele pot forma, de asemenea, materiale de scara nanometrica, fie prin adăugarea de atomi de la o structura sau de ras le-off. Şi acestea pot fi folosite în microscoape care creează imagini ale suprafeţelor scara nanometrica. Colectiv, instrumente care utilizează fascicule de ioni concentrat alcătuiesc o industrie de 300 milioane dolari la 600 milioane dolari.

Deşi sa concentrat-ion grinzi au fost folosite începând cu anii 1980, tehnologia are mai multe limitări. Cea mai comună cale de a produce ioni, lichid sursa de ioni metalici (LMIS), foloseste ionii de metal din galiu, deoarece de la punctul de topire scăzută şi presiune scăzută de vapori. Deoarece galiu este un atom relativ grea, forţa de ioni de galiu lovi o suprafaţă poate provoca uşor de eroziune. Grinzi astfel pot fi utile pentru frezat şi depunere, dar galiu pot contamina suprafaţa. Eroziunea şi contaminarea face, de asemenea, galiu un ion slab pentru tehnici imagistice.

MOTIS depaseste aceste limite. Bazându-se pe Nobel NIST cercetător William D. Phillips ", castigator al premiului de lucru folosind lasere de atomi de capcană şi rece, sistemul de magneto-optice capcane utiliza o reţea traversează de raze laser şi câmpuri magnetice pentru a limita un grup de atomi şi rece le Temperaturile doar sute de milionimi de grad peste zero absolut. Un laser suplimentare pot elimina apoi electronii din atomi neutri unică în acest nor de a crea ioni, care poate fi accelerat şi sa concentrat într-un fascicul. Cercetatorii proiect au demonstrat că aceste grinzi, deoarece acestea sunt produse la temperaturi extrem de scăzute, au emisivitatea scăzut, ceea ce înseamnă că fasciculul de ioni nu se extinde lateral. Experimentele iniţiale indică faptul că fasciculul poate fi concentrat doar la pete nanometri peste şi utilizate pentru imagistica, frezat, şi depunerea cu rezoluţie comparabile sau mai bine decât un tradiţional Ga fascicul de LMIS.

Magneto-optic capcane poate produce fascicule de ioni dintr-o varietate de surse diferite atomice, şi abilitatea de a folosi elemente mai uşoare, cum ar fi heliu sau litiu ar putea fi deosebit de util pentru aplicatii imagistica, cum ar fi microscopia ion. Microscoape Ion au potentialul de a oferi imagini mai clare decât microscoape de electroni, atâta timp cât nu sunt ionii atat de grea incat acestea deteriora suprafaţa. Lucrând în parteneriat cu scara nanometrica imagistica firma FEI Co, CNST cercetatorii au dezvoltat un microscop bazat pe această tehnologie.

Magneto-optice surse de ioni capcana poate produce, de asemenea, grinzi de ioni cu energie foarte scăzut, la fel de mult ca 10.000 de ori mai mică decât energia de grinzi LMIS - 1 eV la 100 eV, comparativ cu 10 keV la 20 keV. Fascicule de ioni extrem de concentrat cu energie acest scăzute nu au fost anterior disponibile, şi ar putea face posibile noi tipuri de măsurători microscopie.

MOTIS ar putea ajuta, de asemenea, rezolva o problemă crucială la frontiera de nanofabrication. Ca circuite devin tot mai mici devine tot mai important pentru a controla plasarea precisă de atomii de metal unică în cadrul materialelor semiconductoare pentru a le da proprietăţile dorite electrice. Acest proiect a dezvoltat tehnici de specialitate cu un singur atom magneto-optice capcana cu potenţialul de a produce ioni unice la cerere şi de a le livra la un punct precis în spaţiu. O astfel de tehnologie ar permite un control fără precedent asupra urmatoarea generatie nanodevices.

• Inter-ion interacţiuni Coulomb într-o sursă de magneto-optice ion capcana, AV Steele, B. Knuffman, şi JJ McClelland, Journal of Applied Physics 109, 104308-104308-8 (2011).
  Bază de date NIST Publicarea Jurnalul site-uri Web
• Focused crom fasciculelor de ioni, AV Steele, B. Knuffman, JJ McClelland, şi J. Orloff,Jurnalul de vacuum Stiinta si Tehnologie B 28, C6F1-C6F5 (2010).
  Bază de date NIST Publicarea Jurnalul site-uri Web
• Magneto-optice-capcană pe baza de ioni de înaltă sursă de luminozitate pentru a fi utilizate ca o sondă scară nanometrică, JL Hanssen, SB Hill, J. Orloff, şi JJ McClelland, scrisori Nano 8, 2844-2850 (2008).
  Bază de date NIST Publicarea Jurnalul site-uri Web