FEI_Tag_white.eps strip_v2.jpg Fyzika ve Firmě FEI Přednáška pro MU, PřF Jiří Očadlík, VP Manufacturing FEI •Mikrotrhlina po testu ohýbání. •Šířka obrázku 67μm > FEI_Tag_Color.png Kdo jsme? 3/22/2012 3 •Jsme největším dodavatelem elektronově a iontově optických zařízení pro širokou škálu výzkumných a vývojových laboratoří i průmyslových podniků. •Celosvětově máme 2150 zaměstnanců z toho v Brně 500. •Prodej a servis našich přístrojů zajišťujeme ve více než 50 zemích po celém světě. •Jsme listováni na trhu NASDAQ. •Z Brna – největší továrna FEI - dodáváme asi čtvrtinu (25%) celosvětového obchodu s elektronovými mikroskopy • IMG_1116 FEI_Tag_Color.png Kde sídlíme? 3/22/2012 4 • •Naše tři výrobní a vývojová centra: • F:\prezentace\02\FEIHillsboro.jpg F:\prezentace\02\Acht_NanoPort.jpg F:\prezentace\02\feibrno.jpg Hillsboro – USA Eindhoven – Nizozemí Brno – Česká republika FEI_Tag_Color.png Vize kam směřuje FEI … Confidential •Představte si… •Za 20 let … •Svět bez… •Rakoviny C:\Data\Technology Conference 2010\Presentations\Introspeech\HeliosNNL650-LR.jpg FEI_Tag_Color.png Vize kam směřuje FEI … Confidential •Představte si… •Za 20 let … •Svět bez… •Nedostatku energie • C:\Data\Technology Conference 2010\Presentations\Introspeech\MLA 650F.jpg FEI_Tag_Color.png Vize kam směřuje FEI … Confidential •Představte si………. •Za 20 let …. •Svět s výzkumem •v ohromném tempu •Výzkumnými daty sdílenými po celém světě •Porozuměním jak fungují molekuly • • • • • • cdtemovie3.gif C:\Data\Technology Conference 2010\Presentations\Introspeech\Titan_60-300.jpg FEI_Tag_Color.png Vize kam směřuje FEI … Confidential •A již………. •Dnes…. •Elektronika v našich rukách •Internet •Mobile communication •Zábava • • C:\Data\Technology Conference 2010\Presentations\Introspeech\Helios NanoLab 1200.jpg Array of field emission elements FEI_Tag_Color.png Fyzika ve FEI 3/22/2012 9 •Fyzika (Wikipedie) je přírodní věda, která zahrnuje studium hmoty a její pohyb v časoprostoru, spolu s příbuznými pojmy, jako je energie a síly. V širším měřítku, je to obecná analýza přírody, vedená s cílem pochopit, jak se vesmír chová. • •Potřebujeme fyziky, aby pochopili nano-vesmír a nacházeli nová a neznámá: •technická •technologická řešení •Ve výzkumu, •Ve vývoji, •V inženýrství, •V aplikacích •vedoucí ke kvalitním a výkonným produktům, k zákaznické spokojenosti s produkty FEI. • • FEI_Tag_Color.png Od vývojáře po presidenta 3/22/2012 10 •Fyzikové nacházejí uplatnění jako •Výrobní inženýr - řeší technická řešení v okruhu vyrobitelnosti, jakosti, •Vývojový inženýr – hledá nová řešení a jejich uplatnění v produktech •Systémový inženýr – hledá způsoby fungování celých systémů, jejich vzájemnou vazbu •Projektový manažer – řídí projekty •Produktový manažer – řídí výrobky, jejich životní cyklus, vlastnosti •Aplikační inženýr – nachází a zkoumá zákaznické aplikace přístrojů •Leader – vedoucí na všech stupních – fyziky jsou CEO Don Kania a mnoho dalších. • •Práce v týmu – klíč k dosahování výsledů - spolupráce • •Komunikace – jak se umíte vyjadřovat, působit na ostatní •Řídící schopnosti, schopnost ovlivnit svět kolem sebe •Jazyky •Přizpůsobivost, pružnost •Chtění dále růst FEI_Tag_Color.png 2 image1.png image2.png Fyzika v průmyslu •V průmyslu pracuje mnohem víc fyziků než na školách a v ústavech •Rozdíl mezi fyzikou v průmyslu a v institucích: •Je v poměru počtu fyziků, kteří se zabývají výzkumem, a kteří se zabývají vývojem •Je v rychlosti realizace výsledků • Výzkum Vývoj Interactive. Questions any time! FEI_Tag_Color.png 2 image1.png image2.png Příklad applikace fyziky v průmyslu - Moore’s law •Jeden z nejvýznamnějších fenoménů dnešní doby je minituarizace elektronických obvodů a digitalizace •Od samotného vynálezu tranzistoru je převážně řízen a realizován fyzikou v průmyslu •Trend vyjádřen Mooreovým zákonem: •Každých 18 -24 měsíců se zdvojnásobuje výpočetní výkon čipů •Za poloviční cenu •Při zachování příkonu – • Interactive. Questions any time! FEI_Tag_Color.png 2 image1.png image2.png Fyzici a Moore’s law •Mooreův zákon pomáhá realizovat v každém okamžiku stovky a tisíce fyziků v různých oborech zabývajícími se materiály, nanostrukturami, výrobními a diagnostickými přístroji •FEI má mimo jiné vedoucí roli ve vývoji přístrojů pro diagnostiku nanoelektronických struktur •Každé 3 až 4 roky musíme být schopni rozlišit dvakrát menší struktury •Musíme adekvátně zrychlovat analýzu vzorků tak, aby přes narůstající počet technologických kroků a testů se nezvyšovaly náklady na čip – • – • Interactive. Questions any time! FEI_Tag_Color.png Titan Family – Téma 1 14 • Titanhrsmall Titan3 80-300 Titan 80-300 Titan ETEM FEI_2779c FEI_Tag_Color.png FEI_2779c Titan ETEM technology and hardware components Condenser Aperture Gas inlet Gas outlet Primary electron beam Differential Aperture Gas control unit with vales for accurate control of the gas pressure and mixture E-cell with differential pumping apertures and additional oil free pumps Mass spectrometer to determine gas composition FEI_2723 + + FEI_2732 FEI_Tag_Color.png Titan ETEM performance in various modes 16 Youngs fringe experiment at 5mbar pressure _InfoLimit 5mBar2 Pumps on 0 0 EELS zero-loss peak in ETEM mode HR-STEM image of Si110 in ETEM mode FEI_Tag_Color.png Where are we going…? Confidential In situ nucleation of carbon nanotubes by the injection of carbon atoms into metal particles . by J.A. Rodriguez-Manzo et al. nature nanotechnology In situ experiments – down to the atoms Heating + vapour MWNT from a FeCo crystal FEI_Tag_Color.png In situ experiments – down to the atoms Heating + vapour (+ correctors) 18 Hofmann et al (2008) Nature Materials 7(5) Au catalyst crystals on SiOx membrane, exposed to Si2H6 vapour at T = 590 °C. On melting an Au-Si liquid alloy is formed, before nucleation of Si and growth of nanowires Where are we going…? FEI_Tag_white.eps strip_v2.jpg New application results on Titan G2 Sorin Lazar Bert Freitag 2010 FEI_Tag_Color.png Fei Company 4_2907_FS-1_small DF1 ABF/DF2 BF Entrance aperture filter • Optimized for simultaneous acquisition of BF/ABF/ADF/HAADF images • Optimized geometry for simultaneous acquisition of ADF/HAADF/EELS signals HAADF Detector positions Mechanical design EELS e- DF1 ABF/DF2 BF Cross section e- Advantages of the new FEI triple On-axis BF/DF1/DF2 detectors Position and geometry of the multiple STEM detectors on Titan G2 • New on-axis BF/DF STEM detector developed by FEI. Key benefits are the possibility for simultaneous acquisition of BF and DF image. DF2 detector as smaller inner ole and therefore more area for signal detection. DF4 is the one which is optimized to parallel STEM+EELS data acquisition since its inner diameter allows maximum EELS signal into the FS-1 (or GIF) entrance aperture. All electrons which are not entering the EELS spectrometer (or GIF) are captured by the DF detector and contribute therefore to the DF STEM image. BF and DF image can be acquired simultaneously together with HAADF image. FEI_Tag_Color.png The boron lattice can be visualized using HR-TEM and ABF imaging, while it is invisible in the HAADF image. Images : S.Lazar,B.Freitag, FEI, J. Etheridge, Monash University, Australia Comparison between HR-TEM, ABF STEM and HAADF STEM imaging on the same sample of LaB6 in [100] projection The images are taken on Cs corrected Titan G2 FEI_Tag_Color.png Sample courtesy of C.L. Jia, Ernst Ruska Centre, Research Centre Juelich, Germany. Image data courtesy of Prof. J. Etheridge, Monash University, Australia and S. Lazar Sr/O Ti O The Strontium oxide, Titanium and the pure oxygen columns can be visualized in the atomic resolution ABF STEM images in [110] projection. A contrast difference between the titanium and pure oxygen columns is in the ABF images detectable. ABF HAADF ABF/HAADF STEM on Cs-corrected Titan G2 at 200kV SrTiO3 in [110] projection BaTiO3 SrTiO3 Sr/O Ti O Ba/O ABF/HAADF STEM on Cs-corrected Titan G2 at 200kV BaTiO3/SrTiO3 interface in [110] projection The Strontium oxide, Titanium and the pure oxygen columns can be visualized in the atomic resolution ABF STEM images in [110] projection. Hardly any contrast difference between the Ba and Sr columns is visible in the BaTiO3/SrTiO3 interface sample using ABF imaging , while it is clearly visible in the HAADF image taken at the same area. Sample courtesy of C.L. Jia, Ernst Ruska Centre, Research Centre Juelich, Germany. Image data courtesy of Prof. J. Etheridge, Monash University, Australia and S. Lazar ABF HAADF FEI_Tag_Color.png Téma 2 – touch the limits 3/22/2012 24 • •SEM monochromator story Magellan400L-FEI-0009 FEI_Tag_Color.png The Magellan 400 - Unique electron optics • Elstar-schema Sample CP CP XHR performance Schottky-UC (monochromatized) gun Schottky-UC, hot -swap gun * inherited from Titan developments Double magnetic shielding* • Uncompromised stability ConstantPowerTM lens technology* • CP • Electrostatic scanning Full autoalignments New fast beam blanker New fast beam blanker for lithography and prototyping Full autoalignment* for best use of the different regimes Electrostatic scanning for improved linearity & reproducibility New TLD design vCD Bias Beam deceleration 2-mode objective lens with field-free and immersion capability Beam at HV Beam at landing V Uncompromised detection Elstar SEM column TLD (through the lens detector, SE/BSE) ETD (Everhart Thornley, SE) vCD (low voltage high contrast solid state detector, below the lens) STEM BF DF HAADF, 14 segments FEI Copyright © 2011 FEI_Tag_Color.png How to improve further SEM resolution? •Aim: better resolution at low kV’s (≤ 2 kV) •→ limiting contribution: chromatic aberration ~ Cc∙∆U/U –Correct lens aberration Cc? → Cc-corrector needed: complex and costly mechanics/electronics/software –Decrease ∆U? –→ using cold-FEG: less stable and less max current than Schottky FEG –→ using monochromator: can we maintain versatility of the column? • SEM Corrector FEI Copyright © 2010 FEI_Tag_Color.png Schottky-FEG extractor, 2 apertures segmented gun lens aperture and slit deflector Standard High current UC mode (monochromated) 3 beam modes From: Henstra et al, M&M 2008 proc. FEI Copyright © 2010 Gun technology Energy spread Schottky 0.5-1.0 eV Cold Field 0.25-0.35 eV Schottky-UC 0.15 eV The UC Gun 18um 100nm *2um Fast contamination free tip exchange: Hot-swap module High stability: <0.4% over 10 h High currents: up to 26 nA High resolution @ low kV: 0.9 nm @ 1 kV FEI_Tag_Color.png From: Young et al, SPIE 2009 FEI Copyright © 2010 The Elstar UC Gun - Benefit of reducing the energy spread • 1 kV, 1 mm Typical Schottky 0.7 down to 0.15 with UC FEI_Tag_Color.png Why a low-voltage, high resolution SEM? • p3-MonteCarlo30kV p3-MonteCarlo1kV p3-MonteCarlo5kV Monte Carlo simulations of electron scattering in silicon illustrate the effect of beam energy on interaction volume over two orders of magnitude. Primary electrons are blue, back-scattered electrons are red. A-500V_007 A-25kV_006 500 V 25 kV • Higher surface sensitivity • Reduced edge effects • More control over beam damage or charging • Different contrasts Nanowires sample courtesy of Dr. Emanuel Tutuc, University of Texas, Austin FEI Copyright © 2011 FEI_Tag_Color.png Reduced edge effects • Source: Joy and Joy, Micron 27(3-4), 247-263 (1996) 2000 V 200 V FEI Copyright © 2011 FEI_Tag_Color.png Co můžete čekat vy od nás? 3/22/2012 31 •Dovedeme pracovat se studenty - Internship program •Udělujeme každoročně FEI stipendium pro absolventy do 30let ve výši 2 x 100tis.Kč •Podporujeme Přednášky na školách – nyní MU Elektronová mikroskopie •Zapůjčili jsme přístroj Quanta 3D na MU PřF •Umožníme Vám získat mezinárodní zkušenosti. •V platovém ohodnocení jsme na špici průmyslu IT/Telco. •Systémem výhod podporujeme zaměstnance v každé etapě jejich života. •Záleží nám na životním prostředí a našem okolí. • FEI_Tag_Color.png ...a hlavně s námi není nuda J 3/22/2012 32 C:\Users\Roman\AppData\Local\Temp\Rar$DR03.565\S6002174.JPG \\Brno804i\Temp\FEI_Dragon_boats\MarekG\IMG_6581.JPG FEI_Tag_Color.png Imagine 3/22/2012 33 • FEI_Tag_white.eps strip_v2.jpg Děkuji Vám za pozornost Jiri.Ocadlik@fei.com