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Focused ion beam milling and femtosecond laser ablation

Thermo Scientific Helios 5 PFIB Laser Systems combine plasma focused ion beam milling with femtosecond laser ablation and SEM (scanning electron microscopy) imaging. This “TriBeam” combination enables high-resolution imaging and analysis with in situ ablation capability, offering unprecedented material removal rates for fast millimeter-scale characterization at nanometer resolution.

The femtosecond laser can cut many materials at rates that are orders of magnitude faster than a typical FIB. A large cross-section (hundreds of micrometers) can be created in less than five minutes. Because the laser has a different removal mechanism (ablation versus the ion sputtering of FIB), it can easily process challenging materials, such as non-conductive or ion-beam-sensitive samples.

The extremely short duration of the femtosecond laser pulses introduces almost no artifacts such as heat impact, microcracking, melting, or those typical of traditional mechanical polishing. In most cases, the laser-milled surfaces are clean enough for direct SEM imaging and even for surface-sensitive techniques such as electron backscatter diffraction (EBSD) mapping.

We offer a broad product portfolio and advanced automation capabilities for applications such as transmission electron microscopy (TEM) sample preparation, atom probe tomography (APT) sample preparation, and 3D structural analysis.


Transmission electron microscopy and atom probe tomography sample preparation

Built on the proven Helios 5 DualBeam platform, these instruments incorporate a suite of state-of-the-art technologies to provide high-performance, high-resolution transmission electron microscopy (TEM) and atom probe tomography (APT) sample preparation and extremely high-resolution SEM imaging with precise materials contrast.


3D Structural analysis

When combined with Thermo Scientific Auto Slice & View Software, TriBeam instruments provide 3D insight into sample structure by selectively removing (milling) the material for subsurface characterization. Digital reconstruction generates multi-modal 3D datasets that can consist of a variety of signals, including backscattered electron (BSE) imaging for maximum materials contrast, energy dispersive spectroscopy (EDS) for compositional information, and electron backscatter diffraction (EBSD) for microstructural and crystallographic information. The SEM capability of TriBeam instruments offers nanoscale details across a wide range of working conditions, from structural information obtained at 30 keV in STEM mode to charge-free, detailed surface information at lower energies. With unique in-lens detectors, TriBeam systems are designed for simultaneous acquisition of angular/energy-selective secondary-electron and BSE data. Fast, accurate, and reproducible results are provided by our unique SEM column design, which features fully automated lens alignments.


Helios 5 Laser FIB-SEM Product Family

Thermo Fisher Scientific offers a broad range of (P)FIB-SEM systems with fully integrated femtosecond lasers. This TriBeam product family consists of three models, all featuring the best-in-class Thermo Scientific Elstar SEM Column, a high-precision 150 mm piezo stage, and a large chamber. The main difference between these models is the FIB column:

  • Helios 5 Laser System comes with high-throughput Tomahawk HT FIB
  • Helios 5 Laser PFIB System has a high-performance Xe+ PFIB column
  • Helios 5 Laser Hydra System is a unique solution featuring multi-ion species PFIB technology

Key Features of Helios 5 Focused Ion Beam Milling and Laser Ablation

15,000x faster rate of material removal via laser

Millimeter-scale cross sections with up to 15,000x faster material removal than a typical focused ion beam.

Statistically relevant subsurface and 3D data analysis

Data acquisition for much larger volumes within a shorter amount of time.

Accurate and repeatable cut placement

Same coincident point for all tree beams (SEM / (P)FIB / laser) enables accurate and repeatable cut placement and 3D characterization.

Fast characterization of deep subsurface features

Extraction of subsurface TEM lamella or chunks for 3D analysis.

High throughput processing of challenging materials

Includes non-conductive or ion-beam-sensitive samples.

Fast and easy characterization of air-sensitive samples

No need to transfer samples between different instruments for cross-sectioning and imaging.

Shares all capabilities of the Helios 5 platform

High-quality TEM and APT sample preparation and high-resolution imaging capabilities.


Specifications of Helios 5 Focused Ion Beam Milling and Laser Ablation Systems

Style Sheet for Products Table Specifications
Laser specifications
Laser integration
  • Fully integrated in the chamber with the same coincident point of all 3 beams (SEM/FIB/laser), enabling accurate and repeatable cut placement and 3D characterization.
First Harmonic
  • Wavelength
  • Pulse duration
1030 nm (IR)
<280 fs
Second Harmonic
  • Wavelength
  • Pulse duration

515 nm (green)
<300 fs

Optics
  • Coincident point
  • Objective lens
  • Polarization
  • WD = 4 mm (same as SEM/FIB)
  • Variable (motorized)
  • Horizontal/vertical
Repetition rate

• 1 kHz – 1 MHz

Beam position accuracy

• <250 nm

Protective shutter

• Automated SEM/PFIB protective shutter

Software

• Laser control software
• Laser 3D serial sectioning workflow
• Laser 3D serial sectioning workflow with EBSD
• Laser Scripting*

Safety

• Interlocked laser enclosure (Class 1 laser safety)

  • * With optional Thermo Scientific AutoScript 4 Software.
Style Sheet for Komodo Tabs

Resources

On demand webinar: Discover the all new Helios 5 Laser PFIB

Register for our recorded webinar and learn how the combination of fs-Laser and PFIB provides mm-scale subsurface and 3D analysis at nm resolution and enables new workflows such as fast characterization of air sensitive samples and multi-scale correlative microscopy with deep subsurface sample extraction. 

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Latest application developments of multiple ion species plasma FIB technology

Register for our live webinar and learn how leading research labs are using our new Thermo Scientific Helios 5 Laser PFIB and Thermo Scientific Helios 5 Hydra DualBeam to advance their materials characterization.

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Applications

電子顕微鏡を使用した品質管理と不良解析

品質管理と不良解析

近年の産業では、品質管理と品質保証が不可欠です。私たちは、欠陥をマルチスケールかつ多モードで分析可能なEMおよび分光ツールを提供しており、これらにより得られる信頼性の高い十分な情報によりプロセス制御および改善のための決定が可能となります。

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基礎材料研究

新材料開発では、その物理的および化学的特性を最大化するために、より小さなスケールでの研究がなされています。電子顕微鏡は、マイクロスケールからナノスケールのさまざまな材料特性について重要な情報を研究者に提供します。

 


Techniques

3D材料解析

多くの場合、材料の開発にはマルチスケールの3D解析が必要です。DualBeam装置により、大量の連続スライスと、その後のナノメートルスケールでのSEMイメージングが可能となり、試料の高品質な3D再構成処理を行うことができます。

詳細はこちら ›

(S)TEM試料作製

DualBeam顕微鏡では、(S)TEM分析用の高品質な極薄膜試料の作製が可能です。高度な自動化機能により、ユーザーの経験レベルにかかわらず、あらゆる材料で熟練者と同等の結果を得ることができます。

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APT試料作製

アトムプローブトモグラフィー(APT)では、原子分解能で材料の3D組成分析を行うことができます。集束イオンビーム(FIB)顕微鏡技術は、APT解析用の方位と解析領域をコントロールできる高品質な試料作製に不可欠です。

詳細はこちら ›

断面加工

断面加工により、表面下の情報が明らかになり、さらなる知見が得られます。DualBeam装置は、高品質の断面加工を実現する、優れた集束イオンビームカラムを備えています。自動化機能により、無人でのハイスループットな試料処理が可能になります。

詳細はこちら ›

In situ試験

加熱、冷却、液中での再結晶化、グレイン成長、相変態などの動的プロセスの基本原理を理解するには、電子顕微鏡を用いて、微細構造変化を直接かつリアルタイムで観察する必要があります。

詳細はこちら ›

マルチスケール分析

新しい材料の場合、その構造全体を把握しながら、高い分解能で分析する必要があります。マルチスケール分析では、X線マイクロCT、DualBeam、レーザーPFIB、SEM、TEMなどのさまざまなイメージング技術や方法の相関が可能です。

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3D材料解析

多くの場合、材料の開発にはマルチスケールの3D解析が必要です。DualBeam装置により、大量の連続スライスと、その後のナノメートルスケールでのSEMイメージングが可能となり、試料の高品質な3D再構成処理を行うことができます。

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(S)TEM試料作製

DualBeam顕微鏡では、(S)TEM分析用の高品質な極薄膜試料の作製が可能です。高度な自動化機能により、ユーザーの経験レベルにかかわらず、あらゆる材料で熟練者と同等の結果を得ることができます。

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APT試料作製

アトムプローブトモグラフィー(APT)では、原子分解能で材料の3D組成分析を行うことができます。集束イオンビーム(FIB)顕微鏡技術は、APT解析用の方位と解析領域をコントロールできる高品質な試料作製に不可欠です。

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断面加工

断面加工により、表面下の情報が明らかになり、さらなる知見が得られます。DualBeam装置は、高品質の断面加工を実現する、優れた集束イオンビームカラムを備えています。自動化機能により、無人でのハイスループットな試料処理が可能になります。

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In situ試験

加熱、冷却、液中での再結晶化、グレイン成長、相変態などの動的プロセスの基本原理を理解するには、電子顕微鏡を用いて、微細構造変化を直接かつリアルタイムで観察する必要があります。

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マルチスケール分析

新しい材料の場合、その構造全体を把握しながら、高い分解能で分析する必要があります。マルチスケール分析では、X線マイクロCT、DualBeam、レーザーPFIB、SEM、TEMなどのさまざまなイメージング技術や方法の相関が可能です。

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