Työn tavoitteena oli perehtyä kohdistetun ionisuihkun (Focused ion beam, FIB) toimintaan ja käyttömahdollisuuksiin laboratoriossamme, koska työn alkaessa kohdistetun ionisuihkun ja elektronimikroskoopin yhdistelmälaite (FIB/SEM) oli laboratoriomme uusin hankinta.
Kirjallisessa osassa perehdytään kohdistetun ionisuihkun perusteisiin. Laitteiston rakenteen esittelyn jälkeen tutustutaan erilaisiin kontrastimekanismeihin, eli selvitetään mitä asioita voidaan nähdä ohjaustietokoneen näytöllä työstämisen aikana ja näytteen analysoinnissa sen jälkeen. Tämän jälkeen perehdytään näytteiden työstämiseen, jossa ionien avulla voidaan poistaa materiaalia sputteroimalla tai etsaamalla, sekä uuden materiaalin kasvattamiseen näytteen pinnalle tiettyjen prosessikaasujen avulla. Melko monipuolisena esimerkkinä esitellään yksi tyypillinen kohdistetun ionisuihkun käyttötarkoitus läpivalaisuelektronimikroskopianäytteiden valmistamisessa.
Kokeellisessa osassa keskityttiin yksinkertaisten mikro- ja nanorakenteiden valmistamiseen piikiekolle. Kohdistetulla ionisuihkulla voidaan kaivertaa substraattiin suoraan erilaisia uria, mutta suurten tilavuuksien poistaminen ionisuihkun avulla on melko hidasta. Sen vuoksi ionisuihkua käytettiin rakenteiden tekemisessä seostamiseen, jotta halutun muotoisia rakenteita saisi valmistettua nopeasti piin anisotroopisen etsauksen avulla tetrametyyliammoniumhydroksidilla (TMAH). Laitetta käytettiin myös lift off -maskien tekemiseen polymetyylimetakrylaatista (PMMA) sekä ioni- että elektronisuihkun avulla. PMMA-kalvo kasvatettiin piisubstraatille spin coating -menetelmällä PMMA:n tolueeniliuoksesta. PMMA-kalvolle vaihtoehtoisena maskina kokeiltiin myös itsejärjestäytynyttä monokerrosta (SAM). Maskin päälle kasvatettiin elektronisuihkuhöyrystimellä alumiinia, josta ylimääräiset, polymeerin päälle jääneet kohdat kuorittiin pois asetonilla ultraäänisekoituksen aikana. SAM:n tapauksessa FIB:llä tehdyn maskin aukkokohtiin kasvatettiin selektiivisesti iridiumia ALD-menetelmällä. Valmistettujen viivojen leveydet olivat parhaimmillaan höyrystetyllä alumiinilla 500 nm, iridiumilla 400 nm ja PMMA-maskilla 100 nm (jota ei kuitenkaan käytetty kasvattamisissa). PMMA-maskien osalta kannattaa jatkossa panostaa riittävän elektroniannoksen etsimiseen kyseisellä kalvon paksuudella ja etsausliuoksella, jotta pienimmätkin kuviot saa toistettua kokonaan maskin läpi. Työssä kokeiltiin pikaisesti myös FIB-ohjattua anodisointia, mutta laihoin tuloksin.
