Samenvatting

In het kader van de afstudeerstage voor de opleiding Technische Natuurkunde aan de Haagse Hogeschool is er een opdracht uitgevoerd bij de onderzoeksgroep Charged Particle Optics aan de TU Delft. De opdracht is een onderdeel van het mini-NAIS project en beslaat het ontwerpen, opbouwen en testen van de elektronica en schrijven van een programma voor de aansturing ervan.

Het mini-NAIS project ontwikkelt een proefopstelling waarbij een nieuwe ionenbron kan worden getest. Tegenwoordig wordt in het bedrijfsleven voor Focussed Ion Beam machines een Ga ionenbron gebruikt. Een groot nadeel hieraan is dat Ga het sample vervuilt. In deze nieuwe ionenbron kunnen ionen worden gemaakt van bijvoorbeeld He, Ar of O2. In de chip staat een biasspanning waardoor een sterk elektrisch veld ontstaat dat de ionen uit de onderkant van de chip trekt waarna ze vervolgens in een ionen optisch systeem worden getrokken. De ionen optica zorgt ervoor dat de bundel ionen wordt gefocusseerd en dat deze kan worden afgebogen.

Een Focussed Ion Beam systeem wordt bijvoorbeeld gebruikt voor nano-machining, maar het systeem kan ook worden gebruikt om een afbeelding van een sample te maken. Hierbij worden de ionen op het sample gericht waar ze botsen met het materiaal. Bij deze botsingen komen secundaire elektronen vrij en deze kunnen worden gedetecteerd. Dit signaal kan worden gekoppeld aan de positie van de ionenbundel en op deze manier kan een afbeelding worden gemaakt uit de grijswaarden van het signaal van de secundaire elektronen detector.

De opdracht van deze afstudeerstage is het ontwerpen en het opbouwen van de elektronica voor de mini-NAIS en het schrijven van de software om de elektronica aan te sturen en om afbeeldingen te maken uit de gemeten data. Aangezien er verschillende hoogspanningen nodig zijn moet er op worden toegezien dat de opstelling veilig is.

De opstelling is ontworpen en de belangrijkste onderdelen zijn:
-drie hoogspanningsbronnen
-een nieuw ontworpen circuit waarmee de biasspanning over de chip wordt geregeld en gemeten
-een nieuw ontworpen kast van isolerend materiaal waarin de lokale aarde is opgetild tot -9 kV
-een NI DAQ kaart waarmee de aansturing wordt geregeld en het signaal van de secundaire elektronen detector zal worden gemeten
-een versterker die de aansturingen van de NI DAQ kaart 20x versterkt
-een circuit dat de versterkers beschermt als er elektrostatische doorslag plaats vindt.
-een nieuw geprogrammeerde VI die de NI DAQ kaart aanstuurt en afbeeldingen kan maken

De elektronica is getest, deze is veilig en functioneert. De aansturing waarmee de bundel wordt afgebogen heeft een instabiliteit van 10±5 mV terwijl de eis 2 mV is. Dit betekent dat de beoogde pixelbreedte van 10 nm niet kan worden gehaald met de opstelling zoals deze nu is. Het VI stuurt de elektronica aan, kan afbeeldingen maken en is getriggerd. Wegens tijdgebrek zijn niet alle gewenste functies in het VI geïntegreerd.