Utilizamos cookies para mejorar su experiencia.Al continuar navegando en este sitio, acepta nuestro uso de cookies.Más información.Este artículo examina el uso de la ablación láser de femtosegundos (fs) para la preparación de muestras TEM específicas del sitio en un FIB-SEM.Se muestran varios flujos de trabajo que facilitan la preparación de laminillas TEM de regiones de interés (ROI) enterradas tan profundamente en la muestra que no se puede acceder directamente mediante FIB.Como método preferido y conocido, se diseñó el llamado flujo de trabajo Cut-to-ROI y se describe en detalle.Se examinan las limitaciones comunes en la preparación de grandes laminillas TEM, así como las nuevas potencialidades que abre LaserFIB para la caracterización microestructural.Últimamente, los instrumentos LaserFIB han atraído un gran interés en la comunidad de microscopía.El término LaserFIB representa la fusión de un FIB-SEM con un láser de pulso ultracorto, generalmente un láser fs, dentro de un solo instrumento.El láser agrega características adicionales al FIB-SEM, lo que amplía su ya amplio espacio de aplicación.1 Por medio de la ablación con láser fs, se pueden eliminar rápidamente volúmenes significativos de material de una muestra y, en la mayoría de los casos, con un daño insignificante a la muestra.Por lo tanto, ahora es posible acceder a regiones de interés enterradas profundamente en la muestra para su análisis FIB-SEM sucesivo.Otras aplicaciones de LaserFIB incluyen la fabricación de dispositivos micromecánicos para pruebas de materiales con dimensiones que varían en la escala milimétrica,2,3 la preparación de superficies para análisis EBSD4,5 y la fabricación de muestras en forma de pilar para el microscopio sincrotrón o de rayos X.6En el láser Crossbeam de ZEISS, el conjunto LaserFIB que implementa ZEISS, el trabajo del láser se lleva a cabo en una cámara dedicada para evitar la contaminación de la cámara principal FIB-SEM con residuos extraídos con láser.7Este artículo busca explorar las posibilidades que ofrece el láser Crossbeam de ZEISS para la preparación de muestras TEM.Se presentan varios flujos de trabajo de preparación, así como la discusión de posibles modificaciones para ajustarse a desafíos particulares de caracterización microestructural.Los flujos de trabajo son ideales para la preparación de secciones transversales de TEM de características preocupantes enterradas profundamente o la preparación de varias ventanas delgadas que cubren un área de muestra grande.Todos los experimentos se realizaron con un láser ZEISS Crossbeam.El láser Crossbeam de ZEISS está equipado con un láser de estado sólido bombeado por diodos (DPSS) de 515 nm (verde) con pulsos láser de menos de 350 fs de duración.Las tasas de repetición de pulso se pueden ajustar en un rango de 0,1 kHz a 1 MHz.La potencia máxima de salida es de 10 W cuando funciona a 1 MHz.Este láser ofrece velocidades de eliminación de material superiores a 15 millones de µm³/s en silicio, lo que representa una mejora de al menos tres órdenes de magnitud en la velocidad en comparación con cualquier haz de iones enfocado.1Al determinar la estrategia de fresado láser para un diseño en particular, los parámetros clave incluyen la velocidad de escritura (en mm/s), la potencia del láser (en porcentaje), la tasa de repetición de pulsos y el número de pasadas (escotillas).Los usuarios pueden ingresarlos para formas particulares o grupos de formas en una interfaz CAD.El láser Crossbeam de ZEISS incluye una columna FIB de galio escultor de iones con corrientes de haz de 1 pA a 100 nA.Para los levantamientos de láminas, se emplearon un micromanipulador OP400 (Oxford Instruments plc) y un sistema de inyección de gas (GIS).Para la mayoría de los experimentos, las muestras utilizadas fueron de silicio, y para el experimento de la barra H, se utilizó una lámina de cobre con una pureza del 99,9 %.Estos materiales fueron seleccionados para resaltar los diferentes flujos de trabajo porque son de fácil acceso, homogéneos y una buena referencia para el análisis comparativo con el trabajo FIB estándar.La figura 1 muestra una "macro-lámina" preparada con láser, también llamada trozo, en silicio.El trozo se determinó realizando un paso de molienda gruesa de dos cajas opuestas.Uno de estos cuadros se muestra esquemáticamente en la Figura 1a como un rectángulo azul sombreado.Figura 1. Imágenes SEM de un trozo mecanizado con láser.a) Vista superior con formas de fresado láser superpuestas en un lado del trozo;azul para el desbaste y naranja para el paso de pulido.b) Vista superior ampliada.c) Muestra inclinada 54° y girada.Crédito de la imagen: Carl Zeiss Microscopy GmbHEn el siguiente paso de mecanizado con láser, señalado por el rectángulo sombreado en naranja, se pulieron ambos lados del trozo.Los objetos de fresado bastos tenían una anchura nominal de 400 µm.Los utilizados para la etapa de pulido fueron de 350 µm.La posición de las cajas se seleccionó para producir un espesor de fragmento de alrededor de 10 µm medido en la parte superior, como se muestra en la Figura 1b.Una vez que se completó el paso de pulido con láser, las paredes laterales del trozo mostraron una conicidad de (7±1)°.La preparación de trozos por láser es similar a la preparación FIB convencional.La principal diferencia es la escala.Las dimensiones del trozo preparado con láser son un factor de 10 a 20 veces mayor que el de un trozo FIB de galio estándar.Aún así, el proceso de fabricación con láser es extremadamente rápido.Para el trozo que se muestra en la Figura 1, el tiempo total de mecanizado con láser fue de solo 80 segundos.Para evaluar numerosas formas de usar el láser para respaldar la preparación de muestras TEM, se preparó una matriz de fragmentos de 3 × 2.Esta matriz se muestra en la Figura 2. La matriz completa abarca un área de 1,6 × 1,3 mm² y se modeló en 240 segundos.Figura 2. Imágenes SEM de una matriz de 3 × 2 de fragmentos mecanizados con láser.a) Vista superior.b) Muestra inclinada 54° y girada.El ancho del FOV es de 2,3 mm para ambas imágenes.Crédito de la imagen: Carl Zeiss Microscopy GmbHSe empleó el mecanizado FIB con galio una vez que se completó la preparación con láser para planarizar y preparar las muestras para el levantamiento.Se probaron varios enfoques para examinar su factibilidad.La figura 3 demuestra el primer ejemplo.Uno de los trozos preparados con láser se redujo a un poco menos de 2 µm en un área de 58 µm de ancho y más de 75 µm de profundidad mediante molienda FIB con galio.Esta área se ve brillante cuando se somete a imágenes SEM a una energía de aterrizaje de 15 keV, Figura 3a.El adelgazamiento de esta lámina se realizó en tres pasos realizados a corrientes FIB de 65 nA, 30 nA y 7 nA.Al mecanizar el anverso y el reverso, la muestra estaba sobreinclinada y subinclinada, respectivamente.Los ángulos de inclinación superior e inferior se redujeron de 4° a 3° a 2° con una corriente de fresado decreciente para garantizar un espesor homogéneo en toda la ventana adelgazada.El adelgazamiento completo de FIB (incluidos los tres pasos) tomó 3 horas en total.Esto se considera aceptable con respecto al tamaño de la muestra y al hecho de que la molienda FIB puede automatizarse por completo.Figura 3. a) Imágenes SEM de una gran lámina adelgazada de FIB.a) Muestra inclinada 54° y girada.b) Vista superior de la región adelgazada.Crédito de la imagen: Carl Zeiss Microscopy GmbHPara la siguiente muestra, se invirtió la misma cantidad de tiempo para adelgazar un área de 220 × 104 µm² a un grosor de 4,5 µm, incluido el corte, consulte las Figuras 4a y 4b.En esta ocasión, todas las operaciones de fresado FIB se realizaron a 65 nA con un ángulo de inclinación superior/inferior de 3°.Tenga en cuenta que estos ajustes permitirían la producción de una lámina de las dimensiones que se muestran en la Figura 3 en menos de una hora.Como alternativa, el presupuesto de tiempo de 3 horas se puede asignar solo al paso de corte de la muestra tal como se grabó con láser, sin adelgazamiento/pulido de FIB.Este caso se demuestra en las Figuras 4c y 4d.Figura 4. Imágenes SEM de dos láminas grandes después del corte.a) yb) muestran diferentes perspectivas SEM (inclinación de platina de 0° y 45°) de una lámina de 220 μm × 104 μm × 4,5 μm.c) yd) muestran una lámina más grande con dimensiones de 300 μm × 140 μm.Este tiene un grosor de 10,5 μm en la parte superior con una conicidad en la pared lateral de 7°.Crédito de la imagen: Carl Zeiss Microscopy GmbHNuevamente, se aplicó una corriente FIB de 65 nA.La muestra ahora tiene un tamaño de 300 µm × 140 µm, con un grosor de 10,5 µm en la parte superior y se vuelve más gruesa en la parte inferior como resultado de la conicidad de la pared lateral de 7°.A pesar de su tamaño, las tres laminillas detalladas en la sección anterior podrían extraerse fácilmente de la muestra a granel y fijarse a una rejilla de cobre de 3 mm compatible con los portamuestras TEM convencionales siguiendo el procedimiento convencional de extracción in situ.8Para la comparación visual, la Figura 5a muestra una lámina FIB de tamaño estándar (15 μm × 14 μm), y las Figuras 5b a 5d muestran las láminas de los experimentos descritos anteriormente, después del paso de extracción.El FOV es el mismo para las cuatro imágenes de esta figura.Figura 5. a) Imagen SEM de una lamela FIB estándar después del levantamiento in situ.b) a d) Imágenes SEM de láminas preparadas con láser de tamaño creciente después del levantamiento in situ.La laminilla en d) estaba unida a la misma cuadrícula que la laminilla en a), que está resaltada por la flecha.Crédito de la imagen: Carl Zeiss Microscopy GmbHDespués del levantamiento in situ, el siguiente paso incluye adelgazar la lámina hacia la transparencia de los electrones.Se requieren muestras muy delgadas con un espesor de 100 nm o menos para los análisis TEM.A veces es un desafío adquirir una ventana uniformemente adelgazada de este grosor en un área grande.Dependiendo del material de la muestra, las ventanas adelgazadas con FIB suelen ser del orden de 10 µm × 10 µm o más pequeñas.Esto se debe a que la membrana comienza a doblarse en un momento particular del proceso de adelgazamiento.Esto hace imposible cualquier dilución adicional sin causar un daño catastrófico a la muestra.La flexión es el resultado de la liberación de tensión intrínseca en la muestra combinada con su menor estabilidad mecánica.Por lo tanto, el material en sí impone restricciones sobre el tamaño que se puede lograr de una ventana transparente a los electrones.Por lo tanto, incluso en grandes porciones, solo se pueden reducir las ventanas pequeñas.Sin embargo, se pueden preparar varias ventanas TEM pequeñas para cubrir un área de muestra grande.La aplicación principal del LaserFIB para la preparación de muestras TEM fue ofrecer una preparación tridimensional (3D) específica del sitio de estructuras de interés que están profundamente enterradas.La siguiente sección detalla cómo se puede lograr esto utilizando lo que desde entonces se ha denominado 'Flujo de trabajo de corte a ROI'.El punto de inicio o requisito previo del flujo de trabajo Cut-To-ROI es un trozo mecanizado con láser.El fragmento incluye el ROI.Además, se determina la posición del ROI en la profundidad del trozo (dirección de la superficie normal de la muestra a granel, Z).Las coordenadas XYZ de una ROI pueden surgir del propio diseño de la muestra (p. ej., el diseño CAD ya determinado de una muestra electrónica o de semiconductores), de una caracterización anterior mediante una técnica de imagen no destructiva (p. ej., mediante microscopía de rayos X),9 o cualquier combinación de ambos (por ejemplo, termografía de bloqueo en combinación con diseño de chip CAD).Figura 6. Láminas procesadas con láser después de moldear FIB para acceder a ROI de 45 μm, 65 y 25 μm por debajo de la superficie (círculos punteados).b) Las superficies superiores después del fresado FIB son planas y suaves.c) Imagen SEM a 5 kV de una lámina diferente después del adelgazamiento de dos ROI.Crédito de la imagen: Carl Zeiss Microscopy GmbHEl láser puede apuntar a cualquier característica de interés ubicada en la muestra con una precisión de aproximadamente 2 µm.10 El trozo se puede recortar usando FIB como se muestra en la Figura 6a.Aquí, la rejilla se giró 90° después del levantamiento para que la incidencia de la FIB formara un ángulo recto con la cara lateral del trozo para el recorte.Se establecieron tres ROI en Z = 45, 65 y 25 µm, de izquierda a derecha.La FIB se usó para quitar la parte superior del trozo para formar pasos de 40, 60 y 20 µm de profundidad.Llevó 13 minutos completar el proceso de tres pasos con una corriente FIB de 30 nA.Una vez que se completó el recorte, la rejilla se volvió a girar a la posición vertical.La Figura 6b exhibe la superficie superior de uno de los escalones.La superficie que se muestra es plana y lisa, lo que permite la preparación sucesiva de las áreas delgadas TEM por FIB.La Figura 6c muestra otro fragmento excelente después del adelgazamiento final de dos ROI de 25 y 45 µm por debajo de la superficie.La Figura 7 muestra una variación del flujo de trabajo Cut-To-ROI.En este caso, el trozo mecanizado con láser no se eliminó del volumen, sino que FIB lo recortó directamente en la dimensión Z.Para este propósito, la platina de la muestra estaba a 0° de inclinación.A continuación, el recorte de FIB tiene lugar en un ángulo de 36° con respecto a la superficie de la muestra a granel (plano XY).En este caso, el ROI asumido estaba en Z = 80 µm.Los 75 µm superiores del trozo se quitaron en todo el ancho del trozo (65 nA de corriente FIB, 1 hora y 36 minutos de tiempo de molienda FIB), y luego se prepararon dos muestras estándar FIB in situ.Para la mayoría de las aplicaciones, este flujo de trabajo alternativo Cut-To-ROI se puede acelerar fácilmente preparando un trozo más delgado o incluso permitiendo que la cola del rayo láser elimine parte del material de la parte superior del trozo.Figura 7. a) Trozo procesado con láser.Después del corte por láser, los 75 μm superiores se eliminaron mediante fresado FIB y se prepararon dos láminas FIB estándar.b) Detalle de la lámina más a la derecha correspondiente a la zona del marco blanco en a).Crédito de la imagen: Carl Zeiss Microscopy GmbHOtra consideración sería combinar las preparaciones H-bar y Cut-To-ROI.11 Este método se puede aplicar en pequeñas piezas de láminas de metal u obleas, por ejemplo.Estas piezas se fijan en el borde para el mecanizado láser y FIB, como se muestra en la Figura 8.Usando el láser, se moldearon dos trozos en una lámina de cobre de 300 µm de espesor.El tiempo de procesamiento láser para el fragmento más grande de 400 µm × 215 µm fue de solo 34 segundos.Figura 8. Preparación de barra H en una pieza de lámina de cobre por láser.Se prepararon dos barras H grandes.El del recuadro se mecanizó en 34 segundos.Crédito de la imagen: Carl Zeiss Microscopy GmbHEste artículo analiza varios flujos de trabajo que combinan el mecanizado láser y FIB para la preparación de muestras TEM.Los sistemas de láser Crossbeam de ZEISS facilitan la preparación específica del sitio en 3D de regiones de interés que están profundamente enterradas o la preparación de varias ventanas adecuadas para TEM que cubren un área de muestra grande.Esta información se obtuvo, revisó y adaptó a partir de materiales proporcionados por Carl Zeiss Microscopy GmbH.Para obtener más información sobre esta fuente, visite Carl Zeiss Microscopy GmbH.Utilice uno de los siguientes formatos para citar este artículo en su ensayo, documento o informe:Carl Zeiss Microscopy GmbH.(2021, 10 de diciembre).Ablación láser para la preparación de muestras TEM específicas del sitio en un FIB-SEM.AZoM.Recuperado el 13 de agosto de 2022 de https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=21032.Carl Zeiss Microscopy GmbH."Ablación láser para la preparación de muestras TEM específicas del sitio en un FIB-SEM".AZoM.13 de agosto de 2022.