美发明新型离子束聚焦系统

最近,美国科学家发明了一种能同时聚焦离子束(通常为带正电荷的阳离子)和电子束的新系统,将离子束技术的运用范围和效率又往前推进了一步。聚焦的离子束在半导体行业有着重要作用,可用来切割纳米级结构,对光刻技术中的屏蔽板进行修补,分离和分析集成电路的各个元件,激活由特殊原子组成的材料,使其具有导电性等等。

聚焦的离子束在其他方面也有应用。可用来分析样品化学成分、进行生物研究以及制造保持血管畅通的心脏固定膜等微型医学植入材料。

但是,在用带正电荷的离子束对绝缘材料进行成像或进行缩微处理时,常常会出现麻烦,绝缘材料会逐渐带上正电荷,从而会排斥带同性电荷的离子束,使聚焦的离子束发散,影响精度。科学界解决这一问题的传统方法有两个：一个是在离子束到达非金属绝缘体之前,通过一种气化元件进行中和；另一种方法是在绝缘材料上设置一电子束中和这个带正电的离子束。

但是这两种方法都有其弊端,第一种方法往往要求加大离子束加速器和绝缘材料之间的距离,而距离太长会干扰离子束的聚焦。第二种方法中,产生额外的电子束需要另一电子加速器,而且要求与离子束随时保持在同一直线上,对于多束离子同时作用一种材料,很难实现这些要求。

而美国科学家对其实验室发明的多离子束系统进行改进后,得到了中和正离子的全新方法。与传统聚焦离子束装置中的液化金属离子不同,这一新系统使用两个离子束腔,将气态分子中的电子和正离子分离。通过三条电极组成的电极棒将两个腔隔开,一个腔只允许电子通过,另一个腔只许正离子通过。

这样的设计,不但可以形成加速的离子束,而且也不会阻止电子束的通过,最后离子束达到目标材料后,离子和电子会自我中和形成先前的气态原子,也不会导致目标材料带电。利用这种装置可以对各种离子进行加速,包括惰性气体、锰等金属甚至碳60这样的分子团,都可以用来形成离子束。

另外,科研人员还利用多孔屏蔽板,获得圆洞形、线性和弧形等不同形状的离子束,发射一次离子束可以生产几千个心脏内膜,大大提高了效率。