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聚焦离子束-氦(氖)离子束显微镜(纳米级加工精度、超过分辨率成像)
周 期:5-10个工作日
地 点:
价 格:1500/小时
服务描述

聚焦离子束-氦(氖)离子束显微镜简介

图1. ORION NanoFab聚焦离子束—氦(氖)离子束显微镜

ORION NanoFab聚焦离子束—氦(氖)离子束显微镜,与传统聚焦离子束-扫描电子显微镜相比,具有诸多优势,是微纳结构成像和纳米加工领域的一把利器。仪器功能及参数特点如下:

 

功能 

参数特点

a) 二维超高分辨二次电子图像 
b) 亚10纳米有机孔隙高分辨成像 
c) 大面积(平方毫米-厘米级)二维超高分辨二次电子图像 
d) 三维空间结构、矿物组成及分布 
e) 三维空间有机质分布及TOC 
f) 三维孔隙分布、联通性、孔径及孔隙度 
g) 薄片厚度小到3纳米 
h) 超高精度氦离子纳米加工与沉积

i) 聚焦离子束(镓离子)显微加工与沉积

j) 高效率氖离子加工与沉积

A. 聚焦离子束 
 a) 分辨率:<3 nm (统计方法) 
 b) 可用离子束流:1 pA–100 nA 
 c) 加速电压:1-30 kV 
 d) 最薄切片厚度: 3 nm 
B. 氖离子束 
 a) 分辨率:1.9 nm 
 b) 加速电压:10-30 kV 
 c) 束流:0.1-50 pA 
C. 氦离子显微镜 
 a) 分辨率:0.5  nm  
 b) 加速电压:10-40 kV 
 c) 束流:0.1-100 pA 
D. 配备ET样品室二次电子探测器 
E. 配备超大面积高分辨成像软件 
F. 配备3D自动切片-成像软件 

 

与电子束相比,氦离子束具有更大的质量以及更短的波长,结合特殊的设计,氦离子束显微镜可以获得更高的图像质量,其图像分辨率最高可达0.5nm,景深远好于传统电镜图像,并且能够使用Flood Gun功能解决不导电样品的扫描难题。

 

氦离子显微镜图像与电子显微镜图像对比:

1)标准金颗粒成像对比

图2. 标准金颗粒样品的HIM图像及SEM图像对比。

 a)放大23万倍的金颗粒HIM图像,金颗粒表面细节清晰可见,图像立体感强烈;b)放大45万倍的金颗粒HIM图像,底层可见10纳米左右的金颗粒,最上层较大的金颗粒表面细节依然被清晰呈现;c)放大10万倍的金颗粒SEM图像,金颗粒表面细节丢失,图像立体感不强。


2)页岩有机质孔隙成像对比

图3. 页岩有机质中纳米孔隙的HIM图像及SEM图像对比。

a)放大10万倍的有机质纳米孔隙HIM图像,孔隙边界清晰,大孔内部的小孔也被清晰的呈现出来;b)放大23万倍的有机质纳米孔隙HIM图像,孔隙边界依然清晰,最小可辨孔隙直径低于10nm;c)放大10万倍的有机质纳米孔隙SEM图像,孔隙边界模糊,图像清晰度甚至低于23万倍的HIM图像。

3)煤岩样品成像


图4. 除页岩外,HIM还可对多种岩石样品进行成像,这是煤岩样品中的页岩图像,显示了某一成熟度下有机质从块状到絮状的过渡形态。

4)不导电的生物组织样品成像


图5. 生物组织样品不导电,传统电子显微镜不能解决荷电效应,而利用ORION的Flood Gun功能,可以解决样品的不导电问题

上图图展示了壁虎脚趾上的纤毛,从左到右依次为三个级别的末端,壁虎正是靠着这种纤毛末端与墙壁之前的范德华力来实现“飞檐走壁”。

除了图像扫描,聚焦离子束-氦(氖)离子束显微镜在纳米加工领域还有着非凡的表现,它将氦、氖、镓三种离子束成功地集成到一起,其中镓离子束质量最重,离子束轰击能力最强,加工精度相对较粗,可以用来快速加工尺寸较大的结构;而氦离子束质量最轻,束斑最小,相应的加工精度也最高,可以用来加工精细的纳米结构;氖离子介于镓离子和氦离子之间,起到很好的过渡作用。三种离子束综合运用,可以高效的完成不同尺度的结构加工。下面是两则氦离子束的加工和沉积案例:

1)纳米结构加工

 

图6. 镓离子加工结果(a)与氦离子加工结果(b)对比。

a)FIB视角下的微桥放大图像,可见微桥边缘钝厚,微桥宽度过大,跟要求的尺寸误差过大;b)HIM视角下,氦离子加工的微桥放大图像,与镓离子微桥相比,氦离子微桥边缘整齐锐利,尺寸精确控制在要求的60nm×60nm内。

2)纳米结构沉积


图7. 镓离子沉积结果(a)与氦离子沉积结果(b,c)对比。

a)FIB视角下沉积体与微悬臂的全貌,图中黄框处为沉积体,要求沉积体尺寸在200nm×200nm以下,厚度在100nm以下,并且不能影响悬臂上的孔,镓离子的沉积体体积较大,形状不规则,且严重阻塞了临近的孔;b)HIM垂直视角下沉积体与微悬臂的全貌,氦离子沉积体可以做到厚度低于100nm,并且对临近孔的影响很小;c)HIM倾斜视角下沉积体与微悬臂的全貌,氦离子沉积体大小为110nm×125nm。