Dirilis Sinar Ion: Nanoteknologi

Teknologi sinar ion terfokus adalah kunci dalam pemrosesan material pada skala nano, dan laporan baru UE menguraikan penerapannya yang luas dan potensi terobosan masa depan dalam sains dan teknologi. Kredit: SciTechDaily.com

Proyek FIT4NANO memetakan beragam aplikasi dan arah masa depan teknologi berkas ion terfokus, menyoroti peran pentingnya dalam memajukan penelitian dan pengembangan di banyak disiplin ilmu, mulai dari mikroelektronika hingga ilmu kehidupan.

Pemrosesan material pada skala nano, produksi prototipe mikroelektronika, atau analisis sampel biologis: Kisaran aplikasi untuk berkas ion dengan fokus halus sangatlah besar. Para ahli UE yang bekerja dengan FIT4NANO kini telah meninjau banyak opsi dan membuat rencana untuk masa depan. Artikel yang diterbitkan di Review Fisika Terapanditujukan untuk pelajar, pengguna dari industri dan sains serta pengambil kebijakan di bidang penelitian.

Penemuan dan Penerapan

“Kami menyadari bahwa sinar ion terfokus dapat digunakan dalam berbagai cara, dan kami pikir kami memiliki gambaran yang baik pada awal proyek. Namun kemudian kami menemukan bahwa ada lebih banyak aplikasi daripada yang kami kira. Dalam banyak publikasi, penggunaan berkas ion terfokus bahkan tidak disebutkan secara eksplisit, namun disembunyikan di bagian metode. Itu adalah pekerjaan detektif,” kata Dr. Katja Höflich, fisikawan di Ferdinand-Braun-Institute dan Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), yang mengoordinasikan laporan komprehensif tersebut.

“Khususnya, kami menemukan karya dari tahun 1960an dan 1970an yang lebih maju dari masanya dan sering dilupakan. Bahkan saat ini, mereka masih memberikan wawasan penting.”

Fisikawan Gregor Hlawacek, kepala proyek FIT4NANO UE, bertanggung jawab atas fasilitas canggih di HZDR, di mana ia dapat memproduksi dan menganalisis struktur nano menggunakan berkas ion yang sangat terfokus. Kredit: Oliver Killig/HZDR

Laporan ini memberikan gambaran umum tentang status teknologi sinar ion terfokus (FIB) saat ini, penerapannya dengan banyak contoh, perkembangan perangkat terpenting, dan prospek masa depan. “Kami ingin memberikan karya referensi yang berguna bagi penelitian akademis dan departemen penelitian dan pengembangan industri, namun juga membantu manajemen penelitian menemukan jalannya di lapangan,” kata Dr. Gregor Hlawacek, ketua kelompok di Institut Fisika dan Material Berkas Ion. Penelitian di Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). Hlawacek memimpin proyek FIT4NANO, sebuah proyek UE mengenai teknologi FIB, di mana penulis laporan berpartisipasi.

Teknologi FIB: Alat serbaguna

Instrumen FIB menggunakan berkas ion terfokus biasanya 2 hingga 30 kiloelektronvolt (keV). Dengan diameternya yang kecil dalam rentang nanometer dan subnanometer, berkas ion tersebut memindai sampel dan dapat mengubah permukaannya dengan presisi nanometer. Perangkat FIB adalah alat universal untuk analisis, modifikasi material lokal tanpa topeng, dan pembuatan prototipe cepat komponen mikroelektronik. Instrumen FIB pertama digunakan dalam industri semikonduktor untuk mengoreksi masker foto dengan ion galium terfokus.

Instrumen FIB dengan berbagai jenis ion tersedia saat ini. Aplikasi penting adalah persiapan sampel untuk pencitraan dengan resolusi tinggi dan akurasi nanometer di mikroskop elektron. Metode FIB juga telah digunakan dalam ilmu kehidupan, misalnya untuk menganalisis dan menggambarkan mikroorganisme dan virus menggunakan tomografi berbasis FIB, yang memberikan wawasan mendalam tentang struktur mikroskopis dan fungsinya.

Aplikasi yang muncul dan prospek masa depan

Instrumen FIB terus berkembang menuju energi lain, ion yang lebih berat, dan kemampuan baru seperti penyelesaian cacat atom individual secara spasial pada kristal sempurna. Pemrosesan bahan dan komponen FIB memiliki potensi besar dalam teknologi kuantum dan informasi. Cakupan penerapannya, mulai dari penelitian dasar hingga perangkat jadi, mulai dari fisika, ilmu material dan kimia hingga ilmu kehidupan dan bahkan arkeologi, sangatlah unik.

“Kami berharap rencana ini akan menginspirasi terobosan ilmu pengetahuan dan teknologi serta bertindak sebagai inkubator untuk perkembangan di masa depan,” kata Gregor Hlawacek.

Referensi: “Peta jalan untuk teknologi berkas ion terfokus” oleh Katja Höflich, Gerhard Hobler, Frances I. Allen, Tom Wirtz, Gemma Rius, Lisa McElwee-White, Arkady V. Krasheninnikov, Matthias Schmidt, Ivo Utke, Nico Klingner, Markus Osenberg, Rosa Córdoba, Flyura Djurabekova, Ingo Manke, Philip Moll, Mariachiara Manoccio, José María De Teresa, Lothar Bischoff, Johann Michler, Olivier De Castro, Anne Delobbe, Peter Dunne, Oleksandr V. Dobrovolskiy, Natalie Frese, Armin Gölzhäuser, Paul Maza Dieter Koelle, Wolfhard Möller, Francesc Pérez-Murano, Patrick Philipp, Florian Vollnhals dan Gregor Hlawacek, 26 Des 2023, Review Fisika Terapan.
DOI: 10.1063/5.0162597