液体金属イオン源

液体金属イオン源（LMIS）は、液体状態に加熱された金属を使用し、エレクトロスプレーを形成してイオンを形成するイオン源です。^{[1] [2]}エレクトロスプレーテイラーコーンは、強力な電界を印加することによって形成され、高電界を持つコーンの鋭い先端での電界蒸発によってイオンが生成されます。LMISからのイオンは、イオン注入や集束イオンビーム装置で使用されます。通常、ガリウムは、融点が低く、蒸気圧が低く、比較的反応性が低く、ガリウムイオンがイオンミリングに十分な重さであるため好まれます。

LMIS 技術は、コロイド スラスタ 宇宙船 推進システムの開発に端を発しています。1960 年代初頭に始まった研究で、液体金属が大量のイオンを生成できることが示されました。1970 年代初頭までに、これらの結果から LMIS イオン マイクロプローブの開発が始まりました。当初、この技術の開発では、液体金属は毛細管によって供給されていました。この方法は、放出電流が低い場合、制御が難しい場合があります。「鈍針」LMIS 技術は、1970 年代初頭に偶然発見されました。この方法では、液体金属の薄膜を鋭い針の先端まで流します。^[3]

ほとんどの集束イオンビーム装置は、多くの場合ガリウムを含む液体金属イオン源 (LMIS) を使用します。ガリウム LMIS では、ガリウム金属がタングステン針と接触するように配置され、加熱されたガリウムがタングステンを濡らして針の先端に流れ込み、そこで表面張力と電界の反対の力によってカスプ形のテイラーコーンが生成されます。このコーンの先端半径は約 2 nm です。この小さな先端の電界は通常 1 x 10 ⁸ V/cm を超え、ガリウム原子のイオン化と電界放出を引き起こします。次に、イオンは 1～50 keVのエネルギーに加速され、静電レンズでサンプルに集束されます。LMIS は、エネルギーの広がりが小さい高電流密度のイオンビームを生成し、数ナノメートルのスポットサイズで数十ナノアンペアの電流をサンプルに供給できます。