Tóm tắt

FIB-SEM Ga⁺ đã giúp việc chuẩn bị lamella TEM tại vị trí xác định trở nên chính xác, linh hoạt và hiệu quả cao. Công nghệ này cho phép người dùng chuẩn bị các mẫu mỏng từ đúng vùng quan tâm với khả năng kiểm soát ở cấp độ nanomet. Tuy nhiên, chính các ion gallium giúp thực hiện điều này cũng đồng thời giới hạn những gì có thể đạt được. Trong quá trình milling bằng FIB, các ion Ga⁺ làm vô định hình bề mặt mẫu, bị cấy vào vật liệu và làm biến đổi vùng mà sau đó cần được phân tích bằng S/TEM.

Đó chính là giới hạn của Ga⁺ trong quá trình chuẩn bị lamella TEM. Ngay cả khi lamella đã đủ mỏng, bề mặt của nó vẫn có thể chứa lớp hư hại do quá trình chuẩn bị bằng FIB gây ra, ảnh hưởng đến chụp ảnh độ phân giải cao, phân tích EDS hoặc EELS. TESCAN AURA™ Gentle Ion Beam giải quyết hạn chế cuối cùng này bằng cách đưa quy trình làm sạch bằng Ar⁺ năng lượng thấp trực tiếp vào workflow FIB-SEM.

Tescan AMBER X™ 2 là hệ thống Plasma FIB-SEM tiên tiến, kết hợp cột Plasma FIB Mistral™ với kính hiển vi điện tử quét độ phân giải siêu cao BrightBeam™ UHR SEM hoạt động trong điều kiện field-free, mang lại tốc độ cao, độ chính xác vượt trội và tính linh hoạt trong cả chuẩn bị mẫu và phân tích vật liệu.

Được thiết kế dành cho nghiên cứu khoa học vật liệu tiên tiến, hệ thống cho phép chuẩn bị mẫu TEM hoàn toàn tự động, không sử dụng Ga⁺, với mức hư hại tối thiểu nhờ TEM AutoPrep Pro™, đồng thời hỗ trợ phân tích đa phương thức 2D và 3D với thông lượng cao.

Tescan SOLARIS X™ 2 được thiết kế dành cho các phòng thí nghiệm, nơi việc phân tích hỏng hóc ở cấp độ gói đóng gói (package-level failure analysis), tạo mặt cắt diện tích lớn và chuẩn bị mẫu không sử dụng Ga đòi hỏi cả tốc độ lẫn độ chính xác. Được trang bị cột Plasma FIB Mistral™ Xe, SOLARIS X™ 2 mang lại khả năng gia công bằng chùm ion dòng cao với chất lượng bề mặt vượt trội, trong khi cột SEM Triglav™ đảm bảo độ chính xác hình ảnh ở cấp nanomet ngay tại điểm hội tụ của chùm FIB và SEM. Kết quả là các mặt cắt nhanh, không tạo giả ảnh (artifact-free), cùng kết quả phân tích đáng tin cậy trên các gói IC tiên tiến, thiết bị MEMS và màn hình hiển thị.

Trong nhiều năm qua, việc thu nhỏ kích thước transistor theo định luật Moore đã thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp bán dẫn. Tuy nhiên, khi các tiến trình công nghệ tiến gần đến giới hạn vật lý, các nhà sản xuất chip ngày càng chuyển trọng tâm sang công nghệ đóng gói tiên tiến (Advanced Packaging) nhằm tiếp tục nâng cao hiệu năng, tăng mật độ tích hợp và giảm mức tiêu thụ điện năng.

Thay vì chỉ tập trung vào một khuôn chip (die) đơn lẻ, các thế hệ vi mạch hiện đại được tích hợp nhiều chip chức năng trong cùng một package thông qua các kiến trúc như HBM (High Bandwidth Memory), Chiplet, 2.5D/3D IC, CoWoS (Chip-on-Wafer-on-Substrate) hay Hybrid Bonding. Những công nghệ này mang lại băng thông truyền dữ liệu lớn hơn, độ trễ thấp hơn và hiệu suất tính toán vượt trội, đặc biệt trong các lĩnh vực như trí tuệ nhân tạo (AI), trung tâm dữ liệu, điện toán hiệu năng cao (HPC), ô tô tự hành và thiết bị điện tử tiêu dùng thế hệ mới.

Khoa Kỹ thuật Vật liệu thuộc Khoa Cơ khí của Đại học Žilina (UNIZA) là một trong những trung tâm nghiên cứu vật liệu hàng đầu tại Slovakia. Lịch sử nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử tại đây bắt đầu từ năm 1966.

Ngày nay, dưới sự lãnh đạo của Giáo sư Peter Palček, Tiến sĩ (Ph.D.), khoa đã kết hợp nhiều thập kỷ kinh nghiệm nghiên cứu với các hệ thống thiết bị hiện đại tiên tiến. Năng lực nghiên cứu của đơn vị vừa được tăng cường đáng kể với việc đưa vào sử dụng hệ thống kính hiển vi điện tử quét TESCAN MIRA XR.

“Vật liệu lưu giữ dấu vết của mọi điều đã từng xảy ra với nó. Nhiệm vụ của chúng tôi là đọc được câu chuyện đó – với sự hỗ trợ của các electron,” Giáo sư Palček chia sẻ trong cuộc phỏng vấn này.

Sự phát triển của khoa học vật liệu hiện đại phụ thuộc ngày càng nhiều vào khả năng đặc trưng hóa cấu trúc ở cấp độ nanomet và nguyên tử. Khi vật liệu ngày càng phức tạp và kích thước thiết bị bán dẫn thu nhỏ xuống dưới 5 nm, yêu cầu chuẩn bị mẫu chất lượng cao cho kính hiển vi điện tử quét/truyền qua (S/TEM) trở nên thiết yếu.

Trong thực tế, thách thức lớn nhất của S/TEM không nằm ở độ phân giải thiết bị mà ở việc tạo ra mẫu đủ mỏng (<50 nm) nhưng vẫn giữ được cấu trúc nguyên bản của vật liệu. Hiện nay, chùm ion hội tụ (FIB) là giải pháp phổ biến nhờ khả năng chuẩn bị mẫu tự động, chính xác theo vùng quan tâm ở cấp nanomet.

Tuy nhiên, với các hệ FIB-SEM sử dụng nguồn ion Ga+, quá trình gia công có thể gây vô định hình hóa bề mặt, cấy ghép ion và biến đổi hóa học, làm ảnh hưởng đến độ phân giải nguyên tử cũng như độ chính xác của các phân tích EDS và EELS.

Để khắc phục hạn chế này, đánh bóng bằng chùm ion Ar+ năng lượng thấp (100–500 eV) được sử dụng để loại bỏ dần lớp bề mặt nhiễm Ga, từ đó tạo ra các mẫu siêu mỏng, ít hư hại và phù hợp cho chụp ảnh cũng như phân tích (S)TEM độ phân giải cao.