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Large-chamber high-resolution field-emission scanning electron microscope and focused ion beam system

English title Large-chamber high-resolution field-emission scanning electron microscope and focused ion beam system
Applicant Hierlemann Andreas
Number 198231
Funding scheme R'EQUIP
Research institution Computational Systems Biology Department of Biosystems, D-BSSE ETH Zürich
Institution of higher education ETH Zurich - ETHZ
Main discipline Microelectronics. Optoelectronics
Start/End 01.06.2021 - 31.05.2022
Approved amount 520'000.00
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All Disciplines (3)

Discipline
Microelectronics. Optoelectronics
Biophysics
Experimental Microbiology

Keywords (10)

cantilevers; vesicles; micro- and nanotechnology; microelectrode arrays; microfluidics; sculpting; neurons and networks; micro- and nanostructures; molecular biophysics; protein folding

Lay Summary (German)

Lead
Kombinationssystem aus hochauflösendem Feldemissionselektronenmikroskop und fokussiertem-Ionenstrahlsystem (Cross-Beam System) mit grosser Probenkammer für Life-science Anwendungen für den neuen Reinraum des Departement BSSE der ETH Zürich in Basel.
Lay summary

Forschung in den Biowissenschaften ist von zentraler Bedeutung für die Bewältigung der Herausforderungen von menschlicher Gesundheit und Krankheit, für Entwicklung von Produktionsprozessen in der Industrie und die Abschätzung ihrer Auswirkungen auf die Umwelt. Technologischer Fortschritt war schon immer entscheidend, um neue Erkenntnisse in den Natur- und Biowissenschaften zu gewinnen. Das Departement BSSE der ETH Zürich hat sich der Translation von wissenschaftlichen Erkenntnissen verschrieben und wird im neuen Gebäude in Schällemätteli einen großen nano-/ mikrotechnologischen Reinraum betreiben. Die Infrastruktur in diesem Reinraum wird nicht nur von D-BSSE-Mitgliedern genutzt, sondern bietet allen Wisenschaftlern in der Region Basel, Ingenieuren, Physikern, Chemikern und Biologen der ETHZ und der Universität Basel Mikro- und Nanofabrikationsmöglichkeiten.

Für diesen neuen Reinraum wurde ein hochauflösendes Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop mit großer Kammer und einem fokussierten Ionenstrahlsystem (Kreuz-Strahlinstrument) bewilligt. Dieses Instrument kombiniert die Bildgebungs- und Analyseleistung eines hochauflösenden Feldemissions-Abtastelektronenmikroskops (FE-SEM) mit den Möglichkeiten mechanischer Bearbeitung durch einen fokussierten Ionenstrahls (FIB). Das Instrument verfügt über eine hochauflösende Elektronenoptik und ein Niederspannungs-FIB, um die Probenqualität auch bei sehr dünnen Proben zu maximieren und gleichzeitig Bearbeitungsschäden auf ein Minimum zu begrenzen.

Da das System für viele verschiedene Anwendungen benutzt wird, wurde ein modulares Plattformkonzept gewählt, das entsprechend den wachsenden Anforderungen aktualisiert werden kann, z. B. mit einer Laser-FIB für eine massive Materialablation. Da der Schwerpunkt von BSSE auf der Translation von Forschungsergebnissen und Skalierung von Prozessen liegt, einschließlich der Herstellung von Strukturen auf mikroelektronischen Wafern, wurde ein vielseitiges Großkammerinstrument beantragt. Das Instrument kann auch zur Inspektion und Reparatur von Chips und Mikroelektronik (Trimmen von Widerständen oder Trennen von Verbindungen) oder zum Ätzen von Öffnungen in Wafern verwendet werden, um Schichten und Prozessqualität zu inspizieren.

Direct link to Lay Summary Last update: 03.03.2021

Responsible applicant and co-applicants

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
175478 Enhancing Mechanical Stability of Protein Receptor-Ligand Complexes using a Shear Stress-Based Directed Evolution Platform 01.08.2018 Project funding (Div. I-III)
173728 Visual processing in foveated retinæ in the presence of self-motion 01.01.2018 Sinergia
182587 Characterizing the cell cycle dependent regulation of adhesion to extracellular matrix proteins 01.05.2019 Project funding (Div. I-III)
177562 Modeling-aided design of a ternary quantum dot-based platform for multiplexed cell analysis 01.10.2018 ERA.Net RUS Plus
188910 Deciphering Neuronal Networks: Advancing Technology and Model Systems 01.10.2020 Project funding (Div. I-III)

Abstract

Research in life sciences is central to overcoming the challenges of human health and disease, produc-tion processes in industry and their impact on the environment. Technology development has always been pivotal to gaining new insights in natural and life sciences. The D-BSSE is an engineering depart-ment, committed to translation, and will host - in the new building at Schällemätteli - a large nano/microtechnological cleanroom, which serves the broad science community in Basel. The infra-structure will not only be used by D-BSSE members but will offer micro- and nanofabrication techniques to all customers in the Basel area including engineers, physicists, chemists and biologists of ETHZ and University of Basel that will want to use and develop chip-based systems (see support letter of the Swiss Nano Institute).For this new cleanroom and the technology community in Basel, four principal investigators of BSSE, who develop different technologies for life sciences, apply for a large-chamber high-resolution field-emission scanning electron microscope featuring a focused-ion beam system (cross-beam instrument). This instrument combines imaging and analytical performance of a high-resolution field emission scan-ning electron microscope (FE-SEM) with the processing ability of a next-generation focused ion beam (FIB). The instrument will feature high-resolution electron optics and a low-voltage FIB to maximize sample quality, even for very thin samples, while amorphization damage is kept at a minimum. As the system will be installed in a multi-user facility, a modular platform concept has been chosen, which can be upgraded according to growing needs, e.g., with a laser FIB for massive material ablation. Moreover, as the focus of BSSE is on translation and scaling up of processes, including the fabrication of multiple structures on wafers, a versatile large-chamber instrument is applied for. The instrument will also be used for inspection and repairing of chips and microelectronics (trimming of resistors or cutting of connections) or etching openings into wafers to inspect the layers and quality of processing. Such instrument is not available in Basel or Zurich to date and will be essential for four exemplary projects: (1) Fabrication and Analysis of Submicron Electrode Structures for Intracellular Measurements on Wafer-scale. (2) Sculpting Microcantilevers for AFM-based Applications in Molecular and Cellular Biophysics. (3) FIB-modified Cantilevers for Single-molecule Protein Folding Studies. (4) Capturing, Separation and Analysis of Extracellular Vesicles on Microfluidic Devices.
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