“Kijk, dit is op het niveau van een haar en nu gaan we verder inzoomen.” Dit vertelt aio ir. Reinoud Lavrijsen, terwijl hij het apparaat bestuurt. Het beeld blijft enorm scherp. Helemaal opmerkelijk is dat je op dat niveau nog wijzigingen het materiaal kunt aanbrengen. Bovendien kun je het resultaat meteen bekijken op een beeldscherm.

Het apparaat kostte 1,2 miljoen euro en is geleverd door FEI Company. In heel Nederland staan slechts vier van dergelijke apparaten. De TU/e schafte het eind 2007 aan binnen het nanotechnologieprogramma NanoNed. Partners binnen NanoNed mogen ook gebruik maken van de faciliteiten die worden aangeschaft binnen het Eindhovense investeringsbudget van bijna vier miljoen euro. Dit zijn onder meer de universiteiten van Delft, Wageningen, Groningen en Nijmegen en bedrijven als TNO en Philips. Het apparaat is in oktober binnengehaald en rond de jaarwisseling in gebruik genomen.

Toelichting van ir. Lavrijsen: Op de plaatjes zijn gefreesde gaatjes te zien van 300nm breed met verschillende diepten. Van onder naar boven ligt er Silicium(de onderste laag), dan een laag Platina (40nm), dan weer een laag Silicium (100nm) en weer een laag Platina (40nm). Het is de bedoeling om met de frees tot het middelste Silicium te frezen en daarna met een zuur dat alleen Silicium aantast een lege ruimte in het gat te maken. Hierdoor ontstaat een soort stencil waarin het mogelijk is om andere materialen te laten groeien, maar dan in een pilaarvorm van 300nm.

Freesbankje
De Nova 600 is een combinatie van een zogenaamde Scanning Electron Microscope (SEM) waarmee je op nanoniveau kunt kijken en een Focussed Ion Beam (FIB). Koopmans vergelijkt de FIB met een freesbankje. “Het apparaat versnelt de geladen galliumionen tot een hoge energie. Vervolgens worden ze gefocusseerd tot een spot van enkele nanometers. Als je ze afschiet op het materiaal, kun je gedeelten lokaal wegfrezen. Met elektronen krijg je dit niet voor elkaar, maar met de geladen ionen lukt dat wel. Dat komt doordat ze een grotere massa hebben.”

In principe is de FIB geschikt voor alle materialen. De Nova 600 kan voor verschillende zaken worden gebruikt. Zo maken ze bij de onderzoeksgroep ultrakleine maskers. “De ionenbundel prikt kleine gaatjes in een harde laag. Door gebruik te maken van schaduwwerking kun je vervolgens gelaagde structuren neerleggen in de vorm van nanopilaartjes. Dat kunnen bijvoorbeeld de multilaagstructuren zijn die een ander apparaat - de EUFORAC - prepareert. Dat gebeurt volgens een zogenaamd opdampproces. Het is in feite een atomenregen die naar binnen druppelt in de holte en zo het gat langzaam opvult. We kunnen zo met atomaire precisie materiaaleigenschappen aanpassen.” Een gaatje kan tot twintig nanometer klein worden gemaakt.

Nanopen
Het apparaat verwijdert niet alleen materiaal, maar biedt ook de mogelijkheid om lokaal materiaal neer te leggen. “Alsof je schrijft met een nanopen”, omschrijft Koopmans. Lavrijsen: “Je vindt zelfs voorbeelden van een nagebouwde Starship Enterprise van Star Trek op het web met schaal 1 op tien miljoen. Die zijn gemaakt door te frezen met de ionenbundel en vervolgens lokaal materiaal neer te leggen.”

Tegelijk met de ionen vuurt de Nova 600 via een andere kolom elektronen op de sample af. Die reflecteren aan het materiaal en worden gedetecteerd. Dit zorgt voor de visualisatie. “Het bijzondere is dat het brandpunt van de ionen en elektronen overlapt. Daardoor kun je het bewerkte materiaal direct zien.” Door binnen een bepaald tijdspad beelden vast te leggen, kan het procesverloop in kaart worden gebracht. Zo zie je hoe lang het duurt voordat er een gat van een bepaalde diepte is gemaakt.

Koopmans ziet allerlei voordelen in het apparaat. “Het geeft de ultieme mogelijkheid om op heel kleine schaal ad hoc in te grijpen. Het is niet bedoeld voor massaproductie, maar juist om afwijkingen te maken en te onderzoeken. Je kunt er flexibel mee inspringen op allerlei onderzoeksonderwerpen.” De Eindhovense onderzoeksgroep concentreert zich in het bijzonder op magnetische toepassingen. “Je kunt dan denken aan de technologie die wordt gebruikt voor de leeskop van een harde schijfeenheid of aan toepassingen voor biosensoren.” Verder maakt de Nova 600 het mogelijk om in de halfgeleiderindustrie op lokale schaal chips te wijzigen en te bekijken of de chips in orde zijn. Je kunt er ook structuren mee manipuleren om daarmee de lichtgeleiding te beïnvloeden. Bovendien werkt de onderzoeksgroep met de leverancier aan een nieuwe methode om ferromagnetische nanostructuurtjes te schrijven. “Daarmee wordt het apparaat nog breder inzetbaar.”

Koopmans verwacht dat ook andere faculteiten er profijt van kunnen hebben. “Faculteiten waarbij materiaalkunde aan bod komt zullen zeker interesse hebben. Onder meer omdat je met het apparaat prachtige dwarsdoorsneden kunt maken.”

Het zal nog even duren voordat alle mogelijkheden van de Nova 600 volledig kunnen worden benut. “We hebben gelukkig een operator en onderzoeker aan kunnen stellen die er al ervaring mee hebben. Maar er is nog veel meer mogelijk. Dat moeten we nog beter in de vingers zien te krijgen. Je resultaat is nooit alleen afhankelijk van de hardware, maar ook van de expertise en vaardigheden van de gebruikers. Die werken er hard aan om de komende tijd het onderste uit de kan te halen. Het is hoe dan ook een prachtige speeltuin voor fantastisch wetenschappelijk onderzoek.”/.