Bilim ve teknolojinin gelişmesiyle birlikte son teknoloji ekipmanlara olan ihtiyaç her geçen gün artmaktadır. İlk olarak, çıplak gözle görülemeyen küçük nesneleri görüntülemek için ışık mikroskopları kullanıldı. Daha sonra, yüksek çözünürlüklü görüntüleme araçlarına duyulan ihtiyaçla birlikte, daha net ve daha doğru iki boyutlu görüntüler veren elektron mikroskopları tanıtıldı.
Genellikle, 2B bölümlerin mikrograflarında 3B özellikler oluşturmak için stereolitografi kuralları vardır. Ancak bu üretim yöntemi karmaşık yapılara sahip nesnelerin 3 boyutlu görüntülerini üretemez. Karmaşık yapıların 3B modellerini görselleştirmek için birçok yeni teknik geliştirilmiştir. Erken bir aşamada, 3 boyutlu numune analizi için senkrotron ve X-ışını tomografi teknikleri icat edildi. Her ikisi de iletim teknikleridir, X-ışını iletim tekniği ise numunelerin farklı fazları arasındaki absorbans farkını kullanır ve nesnenin üç boyutlu görüntüsünü yeniden oluşturur. Odaklanmış iyon ışını (FIB), konfokal lazer tarama mikroskobu (CLSM) ile uyumlu bir 3D görüntüleme tekniğidir. Bu ikisi arasındaki temel fark, CLSM’nin tarama amacıyla bir lazer kullanması, FIB’nin ise çok odaklanmış olmasıdır.
FIB için önde gelen endüstri, 1980’lerin sonlarına kadar esas olarak yarı iletken imalat endüstrisiydi. Ancak daha sonra, malzeme karakterizasyonu ve biyolojik çalışmalar için FIB’lerin uygulamaları tanıtıldı. Malzeme bilimi çalışmalarında FIB, malzemelerin arayüzlerini ve bunların arızaya neden olan kusurlarını incelemeye yardımcı olur. Ayrıca biyolojik bilimlerde, esas olarak hücreler ve dokular arasındaki etkileşimi incelemek için kullanılmıştır. Başlangıçta, FIB’ler, aktif bir iyon ışını, malzeme kesiti üretimi için galyum iyonu ve ardından görüntü üretimi için ikincil bir iyon ışını kullanan tek sütunlu, ışın tabanlı aletlerdir. FIB, ışın çapı yaklaşık 5 nm ve enerjisi 30–50 keV olan bir sıvı metal iyon kaynağı (LIMS) tarafından üretilen çok hızlı bir Ga3+ iyon ışını kullanır.
FIB, esasen sonsuz küçüklükte ve mikro ölçeklerde çok sıkı ve doğru yazı sunan bir litografik teknolojidir. Ancak taramalı elektron mikroskobu (SEM), X-ışını elektron kırınım spektroskopisi ve transmisyon elektron mikroskobu ile tirelendiğinde yüksek çözünürlüklü 3D görüntüler üretir. EDS ile tirelendiğinde FIB, yüksek çözünürlüklü görüntülerin yanı sıra çok ince temel analiz sağlar, ancak SEM ile tirelendiğinde temiz, yüksek çözünürlüklü 3D görüntüler üretir.
Yazım FIB-SEM, SEM ile kontrast yoluyla 3 boyutlu görüntüler üretmek için geliştirilmiştir. SEM-FIB, numunenin ilgili yüzey alanının görüntülerini ve seçilen alanın enine kesitlerini frezeleme yoluyla seçmek için iki ışınlı bir mekanizma kullanır. Yüzey görüntüleri SEM tarafından yakalanır ve otomatik bir performans komut dosyası oluşturma rutini izlenir. Üretilen 3D görüntülerin doğruluğu tamamen SEM’in çözünürlüğüne ve odaklanmış iyon ışınının kesme hassasiyetine bağlıdır. Bu teknik kullanılarak onlarca nanometre çözünürlüğe sahip yüksek çözünürlüklü görüntüler üretilirken, daha fazla geri saçılan elektronun çözülmesi için iyi bir alternatiftir. Enerji Dağıtıcı X-ışını Spektrometresi (EDS) ile ilişkili FIB-SEM ise element analizi ile yüksek çözünürlüklü tomografi verir. FIB-SEM kullanan elektron geri saçılım kırınımı (EBSD), tane boyutu, kusurlar ve sınır kalınlık kazancı hakkında bilgi sağlayarak onu çok güçlü bir araç haline getirir.
Biyolojik numunelerin analizi, ele alınması, kararlılığı ve elektron demeti ile numunede bulunan biyolojik bileşikler arasındaki etkileşimi nedeniyle her zaman zorlayıcı olmuştur. Biyolojik numuneler elektriksel olarak iletken olmadığından, yüksek çözünürlüklü görüntüler ve çözünürlük elde etmek gerçekten zordur. Bir yöntemde, araştırmacılar numuneyi oda sıcaklığında veya hafif ısıtmada kurutmayı kullandılar. Ancak bu yöntemde numune yapısındaki değişimler ve numunenin kimyasal bileşimindeki değişimler belirsizliğini koruyor. FIB-SEM’in en büyük gelişmesi, birincil ve ikincil kolonların aynı anda bir iyon ve elektron demeti göndermesiydi. Bu da öğütme ve elemenin çakışmasına neden olur. Bu özellik, biyolojik numuneyi farklı çözünürlüklerde ve büyütmelerde incelemek için bu tekniğin kullanılmasına büyük katkıda bulunur. Ayrıca prokaryotik ve ökaryotik tek hücrelerden dokulara ve bunların etkileşimlerine kadar uzanan hücre ve dokuları araştıran birçok araştırmacının ilgisini çekmiştir.
İçindekiler
Geçmiş ve cihazlar
1975’te Swanson ve Orloff ve Levi-Setti tarafından geliştirilen ilk emisyona dayalı FIB, gaz alanı iyonizasyon kaynaklarına (GFIS’ler) dayanıyordu. FIB’nin birincil amacı, yarı iletken endüstrisindeki devreleri onarmak ve düzenlemektir. Ancak bugün, ticari olarak veya bir araştırma prototipi olarak çeşitli iyonlaşma kaynakları mevcuttur. Yarı iletken endüstrisinde devre modifikasyonu, malzeme karakterizasyon aracı ve SEM ile birleştirildiğinde biyolojik numuneler için FIB alanına giriyor.
Şu anda mevcut FIB’ler, genellikle LMIS-FIB tomografisi olarak adlandırılan sıvı metal iyon kaynakları ile donatılmıştır. Bu LIM kaynaklarının, daha kararlı olmaları, uzun ömürleri ve daha düşük erime noktasına sahip ışınlar üretebilmeleri nedeniyle önceki iyon kaynaklarına göre bir avantajı vardır. Ve çok daha düşük sıcaklık enerjisi ile yüksek enerjili iyon kaynaklarına yol açar. 10 nm’den daha küçük hatlara ulaşabilen H+ iyonları kullanan gaz alanı iyonizasyon kaynakları (GFIS’ler) da kullanılır.
FIB’nin tomografik yönleri, SEM’e bağlandığında geliştirilmiştir. FEI, 1993 yılında FIB/SEM ikili ışın sentezini başlatan ilk şirketti. Numunenin fazına göre iyon ve elektron ışınları arasındaki açı 10 ila 82° arasında değişir ve FIB ve SEM’in çalışma prensibi, FIB ve SEM ile neredeyse aynıdır. ışın kaynağı arasındaki tek fark. SEM durumunda, iyi odaklanmış bir elektron ışını kullanılırken, FIB durumunda, işi yapmak için yüksek hızlı bir iyon ışını kullanılır. İyon ışını seçilen alanı kesmek için kullanılırken SEM aynı anda kesitli numuneyi tarar.
SEM’deki elektron ışını, bir elektron kaynağından, genellikle bir W telinden veya bir lantan hekza-bromür ucundan üretilir. Yüksek oranda odaklanmış elektron ışını numuneye çarptığında, ikincil elektron (SE1) adı verilen atomik yörüngeden düşük enerjili bir elektron çıkarır. Ve aynı atomdan daha yüksek enerjili bir elektronla dolu bir boşluğa yol açar. Bu, x-ışınlarının salınmasıyla sonuçlanır ve x-ışınları şeklinde salınan enerji, elektronu devre dışı bırakılan elementin parmak izi enerjisidir. Bu röntgenler numunenin kimyasının kontrol edilmesine yardımcı olur. Bunun için bir X-ışını detektörü, genellikle bir EDS (enerji dağıtıcı X-ışını spektrometresi) kullanılır. Temel elektronların bir kısmı atomun çekirdeği ile temasa geçer ve daha sonra geri saçılan elektronlar olarak adlandırılan ortama geri yansır.
Bu elektronların bir kısmı ortama geri yansıtılırken bir elektronu yok ederek ikincil elektron 2 (SE2) adı verilen ikincil bir elektron verir. Yayılan bu elektronların tümü, kaynaklarının konumuna bağlı olarak numune hakkında belirli bilgiler içerir. Örneğin SE1, yüksek çözünürlüklü topografik bilgiye sahiptir ve elektron ışınının çarpma noktasına daha yakın bir mesafeden kaynaklanır. SE2, numunenin derinliğinden kaynaklanır, SE1’den daha yüksek bir açıyla yansıtır ve numune hakkında düşük çözünürlüklü topografik bilgi içerir. Numune yüzeyinden üretilen SE1, her yönden yayılan elektronları toplamak için üzerinde pozitif yüklü bir pencere bulunan bir elektron detektörü tarafından çekilir. Toplanan bu elektronlar daha sonra yükseltilir ve sonuçlar kaydedilir.
Bir tarama elektron ışını numunenin yüzeyini tarayarak taranmış bir görüntü elde edilmesini sağlar. SEM’de, vakumda üretilen elektronlar, bir yoğunlaştırıcı mercek aracılığıyla odaklandıkları yerden bir katot tarafından çekilir. CL’den bu ışın, elektronu hızlandıran manyetik mercekten geçer ve ardından bir saptırma bobininden geçer. Bu bobinin işlevi, örneğe seçilen herhangi bir açıda ışını saptırmaktır. Ardından, ışını numunenin yüzeyine odaklayan son mercek vardır. Yuva, saçılan elektronları yakalayan bir geri saçılan elektron detektörü içerir. Bu elektronlar, yoğunlaştırıcı bir mercek aracılığıyla odaklandıkları yerden, numunenin kimyasal bileşimi ve kristal yapısı hakkında bilgi sağlar.
FIB söz konusu olduğunda, önceden kullanılan iyon kaynağı, yüksek sıcaklıkta ısıtıldığında iyonları ateşleyen bir termal elektronik iyon tabancasıdır (TEIG). Son zamanlarda FIB’ler, iyonları kaynaktan uzaklaştırmak için bir elektrik alanının uygulandığı alan emisyonlu iyon tabancaları (FEIG’ler) kullanır. Elektronlar daha sonra bir mercek yardımıyla odaklanır ve onları yüzeye odaklayan bir saptırma bobini olarak bilinen bir tarama bobininden geçer. İyon demetinin bu etkileşimi, numunenin çok küçük kısımlarını püskürterek iyonların (beş veya + yüklü tip) ve nötr atomların emisyonuna neden olur. İyon detektörü iyonları yakalar ve örneğin bir görüntüsünü oluşturur.
Nötr iyonları ve atomları itmenin yanı sıra, iyon ışını bazı ikincil elektronları da yok eder. Bir iyon ışını kullanmanın ana nedeni, ışın enerjisindeki fark ve çarpma çapındaki farktır. Örneğin He+ ışını, elektron ışınından yaklaşık 7.600 kat daha enerjiktir. Dalga boyu, SEM’de kullanılan elektron ışınının yaklaşık 100 katıdır, bu nedenle bu ışın, 10 nanometreden daha küçük bir nokta boyutuna kolayca ulaşabilir.
Bu iki teknoloji birleştiğinde yüksek çözünürlüklü görüntüler veriyor. SEM ile FIB karşılaştırıldığında, SE2’lerin sayısı SEM görüntüsünün çözünürlüğünü azaltırken, FIB durumunda geri saçılma ihmal edilebilir düzeydedir. Numunenin tek tabakasından ikincil elektronları çıkarır. Sonuç, örneğin derin ve yüksek noktaları arasında çok yönlü kontrasta sahip yüksek çözünürlüklü bir görüntüdür.
kaynak:
https://www.researchgate.net/publication/337323641_Focused_Ion_Beam_Tomography
https://link.springer.com/article/10.1007/s11661-004-0142-4
yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]