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El físico Gregor Hlawacek, director del proyecto europeo FIT4NANO, es responsable de una instalación moderna en el HZDR, en la que puede producir y analizar nanoestructuras mediante un haz de iones especialmente enfocado. CRÉDITO Oliver Killig/HZDR |
Abstracto:
Procesamiento de materiales a nanoescala, producción de prototipos para microelectrónica o análisis de muestras biológicas: las posibilidades de uso de los haces de iones finamente enfocados son enormes. Los expertos de la colaboración europea FIT4NANO han examinado las diversas posibilidades y han desarrollado una hoja de ruta para el futuro. El artículo, publicado en “Applied Physics Review” (DOI: 10.1063/5.0162597), está dirigido a estudiantes, usuarios de la industria y la ciencia y responsables de políticas de investigación.
Tecnología de haz de iones enfocado: una única herramienta para una amplia gama de aplicaciones
Dresde, Alemania | Publicado el 12 de enero de 2024
“Nos dimos cuenta de que los haces de iones enfocados se podían utilizar de muchas maneras diferentes y pensamos que teníamos una buena visión general al inicio del proyecto. Pero luego nos dimos cuenta de que hay muchas más aplicaciones de las que pensábamos. En muchas publicaciones, el uso de haces de iones enfocados ni siquiera se menciona explícitamente, sino que está oculto en la sección de métodos. Fue un trabajo de detective”, dice el Dr. Katja Höflich, física del Instituto Ferdinand Braun y del Centro Helmholtz de Berlín (HZB), que coordinó el trabajo, elaboró un informe completo. “En particular, encontramos obras de los años 1960 y 1970 que se adelantaron a su tiempo y han sido injustamente olvidadas. Todavía hoy proporcionan información importante”.
El informe proporciona una descripción general del estado actual de la tecnología Focused Ion Beam (FIB), sus aplicaciones con muchos ejemplos, desarrollos de dispositivos clave y perspectivas futuras. «Queríamos ofrecer un trabajo de referencia que fuera útil para la investigación académica y los departamentos de I+D industrial, pero que también ayudara a la gestión de la investigación a navegar en esta área», dice el Dr. Gregor Hlawacek, líder de grupo del Instituto de Investigación de Materiales y Física de Haces de Iones del Centro Helmholtz de Dresde-Rossendorf (HZDR). Hlawacek lidera el proyecto FIT4NANO, un proyecto de la UE sobre tecnologías FIB en el que participan los autores del informe.
Desde la investigación básica hasta el componente terminado
Los instrumentos FIB utilizan un haz de iones enfocado de normalmente de dos a 30 kiloelectrones voltios (keV). Con su pequeño diámetro en el rango de los nanómetros y subnanómetros, un haz de iones de este tipo escanea la muestra y puede cambiar su superficie con precisión nanométrica. Los instrumentos FIB son una herramienta universal para el análisis, la modificación local de materiales sin máscara y la creación rápida de prototipos de componentes microelectrónicos. Los primeros instrumentos FIB se utilizaron en la industria de los semiconductores para corregir fotomáscaras con iones de galio enfocados. Hoy en día, los instrumentos FIB están disponibles con muchos tipos diferentes de iones. Una aplicación importante es la preparación de muestras para obtener imágenes de alta resolución y precisión nanométrica en el microscopio electrónico. Los métodos FIB también se utilizan en las ciencias biológicas, por ejemplo para analizar y obtener imágenes de microorganismos y virus mediante tomografía basada en FIB, que permite conocer en profundidad las estructuras microscópicas y su función.
Los instrumentos de la FIB están evolucionando constantemente hacia otras energías, iones más pesados y nuevas capacidades, como la generación espacialmente resuelta de defectos atómicos individuales en cristales que de otro modo serían perfectos. Este procesamiento FIB de materiales y componentes tiene un enorme potencial en tecnología cuántica y de la información. La gama de aplicaciones, desde la investigación básica hasta el dispositivo terminado, desde la física, la ciencia de los materiales y la química hasta las ciencias de la vida e incluso la arqueología, es absolutamente única. «Esperamos que esta hoja de ruta estimule los avances científicos y tecnológicos y sirva de incubadora para desarrollos futuros», afirma Gregor Hlawacek.
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