Markt für fokussierte Ionenstrahlen Größe und Ausblick, 2024-2032

Marktübersicht

Der globale Markt für fokussierte Ionenstrahlen wurde 2023 auf 0,98 Milliarden USD geschätzt und soll bis 2032 1,8 Milliarden USD erreichen, was einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 7,5 % im Prognosezeitraum (2024–2032) entspricht. Die Präzision und Auflösung des fokussierten Ionenstrahls bei der Durchführung von Nanoprozessen sind entscheidende Faktoren.

Ein fokussierter Ionenstrahl ist eine hochwirksame Methode zur Nanofabrikation und Bildgebung, die in verschiedenen wissenschaftlichen und technischen Bereichen Anwendung findet. Die Technik verwendet einen hochkonzentrierten Ionenstrom, normalerweise Galliumionen, um Material mit außerordentlicher Genauigkeit aus einer Probe zu entfernen oder einer Oberfläche Material hinzuzufügen. Der Hauptvorteil des fokussierten Ionenstrahls ist seine Fähigkeit, präzise und begrenzte Operationen auf Nanoebene durchzuführen, was in Bereichen wie Mikroelektronik, Materialwissenschaften und biologischer Forschung von entscheidender Bedeutung ist. Fokussierte Ionenstrahlsysteme bestehen aus einer Ionenquelle, einer Ionensäule, einem Scansystem und Detektoren. Neben der Materialentfernung und -abscheidung wird der fokussierte Ionenstrahl häufig zur Bildgebung und zum Querschnitt von Proben für die Analyse verwendet. Er hat den Prozess der Herstellung und Untersuchung kleiner Geräte verändert und ermöglicht es Wissenschaftlern, komplexe Strukturen zu untersuchen und Materialien auf Nanoebene zu kontrollieren.

Der wachsende Bedarf an Downsizing und präziser Fertigung in der Halbleiter-, Elektronik- und Materialforschung treibt die Nachfrage nach fokussierten Ionenstrahlsystemen an. Der Fortschritt in der fokussierten Ionenstrahltechnologie, einschließlich Verbesserungen bei Ionenquellen, Scansystemen und Detektoren, verbessert die Leistungsfähigkeit und Effizienz der Systeme und zieht so einen größeren Kundenstamm an. Darüber hinaus bietet der zunehmende Einsatz fokussierter Ionenstrahlen in der Materialcharakterisierung, Fehleranalyse und biologischen Forschung neue Aussichten für eine Markterweiterung.

Highlights

• Ga+ Flüssigmetall generiert den höchsten Umsatzanteil basierend auf der Ionenquelle.
• Den größten Marktanteil nimmt dabei die Fehleranalyse ein.
• Elektronik und Halbleiter tragen durch vertikale Fertigung erheblich zum Markt bei.

Marktdynamik

Globale Markttreiber für fokussierte Ionenstrahlen:

Technologische Fortschritte

Der technologische Fortschritt ist der Haupttreiber des Marktes für fokussierte Ionenstrahlen, da ein wachsender Bedarf an hochauflösender Mikroskopie und erhöhte Investitionen in Forschung und Entwicklung besteht. Der Fortschritt in der Technologie fokussierter Ionenstrahlen hat zur Entwicklung effektiverer und präziserer Geräte geführt. Gasunterstützte Systeme konzentrierter Ionenstrahlen haben die Herstellung konsistenter und überlegener Nanostrukturen ermöglicht.

Die hochauflösende Mikroskopie wird heute in vielen Bereichen eingesetzt. Focused Ion Beam-Geräte ermöglichen hochauflösende Bildgebung und Analyse auf Nanoebene in der Materialwissenschaft und Biowissenschaft. Dies hat zur Entwicklung innovativer Lösungen geführt. Im August 2022 stellte Thermo Fisher den „Thermo Scientific Arctis Cryo-Plasma Focused Ion Beam“ vor, ein automatisiertes Mikroskop, das speziell entwickelt wurde, um die Weiterentwicklung der Kryo-Elektronentomographie-Forschung voranzutreiben.

Darüber hinaus stellte JEOL Ltd. im Februar 2023 das JIB-PS500i vor, ein Hybridsystem, das einen fokussierten Ionenstrahl und ein Rasterelektronenmikroskop (SEM) kombiniert. Das JIB-4700F-Mehrstrahlsystem führt dreidimensionale morphologische Beobachtungen sowie elementare und kristallografische Untersuchungen an verschiedenen Proben durch. Daher treiben all diese technologischen Fortschritte das Wachstum des Marktes voran.

Globale Marktbeschränkungen für fokussierte Ionenstrahlen:

Hohe Kosten und Komplexität der fokussierten Ionenstrahltechnologie

Die Focused Ion Beam-Technik wird in den Bereichen Materialwissenschaft, Elektronik und Halbleiter häufig für Bildgebung, Mikrofertigung und Analyse eingesetzt. Dennoch könnten die erheblichen Kosten und die Komplexität des Produkts überschaubarer sein. In erster Linie ist der für FIB-Systeme erforderliche Kapitalaufwand beträchtlich. Moderne FIB-Geräte sind teuer und liegen oft bei mehreren Millionen Dollar, was ihre Zugänglichkeit hauptsächlich auf namhafte Forschungsinstitute und Unternehmen beschränkt. Die erheblichen Anfangskosten resultieren aus der verwendeten komplexen Technologie, die Ionenquellen, Vakuumsysteme und hochpräzise Bühnensteuerungsmechanismen umfasst.

Darüber hinaus tragen die mit dem Betrieb verbundenen Kosten zur finanziellen Belastung bei. FIB-Systeme erfordern laufende Wartung und häufige Kalibrierung und erfordern Verbrauchsmaterialien wie teure Ionenquellenmaterialien. Darüber hinaus erfordert der Betrieb eines FIB-Systems eine geregelte Umgebung ohne Vibrationen und mit konstanten Temperaturbedingungen, was zu höheren Betriebskosten führt. Die Komplexität der FIB-Technologie bringt ebenfalls Schwierigkeiten mit sich. Die Beherrschung der Bedienung von FIB-Systemen erfordert spezielle Schulungen und Kenntnisse. Die komplexen Verfahren zur Probenvorbereitung, Ausrichtung und Ionenstrahlsteuerung sind zeitaufwändig und erfordern die Fachkenntnisse geschulter Personen, um präzise und zuverlässige Ergebnisse zu gewährleisten. Die Anforderung an Bediener mit fortgeschrittener Schulung kann den allgemeinen Einsatz der FIB-Technologie behindern, da nicht alle Institutionen über die Ressourcen für umfassende Schulungsprogramme verfügen.

Daher bietet die Anwendung der fokussierten Ionenstrahltechnologie außergewöhnliche Fähigkeiten in der hochauflösenden Bildgebung und Mikrofabrikation. Die hohen Kosten und die komplexe Bedienung schränken jedoch ihre Zugänglichkeit und Nutzung ein, was erhebliche Hindernisse für ihre breitere Einführung in verschiedenen Disziplinen darstellt.

Globale Marktchance für fokussierte Ionenstrahlen:

Zur Untersuchung von Biomaterialien und biologischen Proben

Die zunehmende Nutzung vielfältiger, fokussierter Ionenstrahlsysteme zur Analyse von Biomaterialien und biologischen Proben sowie die zunehmende Bevorzugung dieser Technik gegenüber konventionellen Methoden aufgrund der einfacheren Informationsbeschaffung auch in kleinem Maßstab sind wichtige Faktoren, die das Wachstum des globalen Marktes in absehbarer Zukunft vorantreiben dürften.

Darüber hinaus hat das fokussierte Ionenstrahlgerät die Methodik der Untersuchung biologischer Proben erheblich verändert. Die Gewinnung detaillierter und genauer Struktur- und chemischer Daten in hoher Auflösung ist durch die Verwendung von FIB-präparierten TEM-Proben möglich, die ihren Grenzflächenkontakt beibehalten und deren Zellstruktur nicht verzerrt ist. Zell-Oberflächen-Interaktionen, die für das Verständnis und die Weiterentwicklung von Biomaterialien entscheidend sind, sind jetzt innerhalb der Zelle beobachtbar. Die Doppelstrahl-FIBSEM-Geräte ermöglichen das Verständnis von Strukturen und Grenzflächen in drei Dimensionen. Fortschritte wie die Einbeziehung von Kryofähigkeiten ermöglichen jetzt die Untersuchung von biologischem Material in nahezu unverändertem Zustand und bieten neue Einblicke in zuvor untersuchte Proben.

Darüber hinaus werden fokussierte Ionenstrahlsysteme in jüngster Zeit häufig eingesetzt, um mechanische Eigenschaften zu testen, komplizierte Strukturen zu untersuchen und Wechselwirkungen zu bestimmen, die die Expansion vorantreiben. Darüber hinaus werden sie häufig bei der Herstellung mikroelektrochemischer Systeme und 3D-Tomographie eingesetzt, was die Biowissenschafts- und Biomaterialbranche weiter bereichert und das Marktwachstum ankurbelt.

Regionalanalyse

Nordamerika dominiert den Weltmarkt

Die globale Marktanalyse für fokussierte Ionenstrahlen wird in Nordamerika, Europa, im asiatisch-pazifischen Raum, im Nahen Osten und Afrika sowie in Lateinamerika durchgeführt.

Nordamerika ist der weltweit bedeutendste Marktteilnehmer für fokussierte Ionenstrahlen und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich um durchschnittlich 7,3 % wachsen. Der nordamerikanische Raum hat sich als dominierender Markt für fokussierte Ionenstrahlsysteme (FIB) etabliert und verfügt über den höchsten Marktanteil. Die Präsenz zahlreicher einflussreicher Unternehmen in den Halbleiter-, Elektronik- und Materialwissenschaftssektoren Nordamerikas ist ein wesentlicher Grund für die weit verbreitete Nutzung der fokussierten Ionenstrahltechnologie in dieser Region. Raith ist beispielsweise ein führender Hersteller von Präzisionstechnologie für verschiedene Anwendungen wie Nanofabrikation, Elektronenstrahllithografie, FIB-SEM-Nanofabrikation, Laserlithografie, Nanoengineering und Reverse Engineering.

Darüber hinaus ist JEOL ein führendes Unternehmen für wissenschaftliche Instrumente, das sich auf die Technologie fokussierter Ionenstrahlen (FIB) spezialisiert hat. Diese Technologie ist für verschiedene Anwendungen in den Materialwissenschaften, der Nanotechnologie und der Halbleiterforschung von entscheidender Bedeutung. Die FIB-Systeme von JEOL sind speziell für die präzisen Prozesse des Fräsens, der Bildgebung und der Probenvorbereitung konzipiert. Ein beispielhaftes System ist das JIB-4000PLUS, das über eine optische Galliumionensäule mit außergewöhnlicher Leistung verfügt. Dieses System kann Dünnschichtproben speziell für die TEM (Transmission Electron Microscopy) fräsen, abscheiden und vorbereiten.

Darüber hinaus befeuert der Schwerpunkt der Region auf technologischen Durchbrüchen und Innovationen den Markt für fokussierte Ionenstrahlsysteme. Das Wachstum des Marktes wird durch renommierte Forschungsorganisationen, Universitäten und Regierungsinitiativen unterstützt, die die Forschung und Entwicklung im Bereich der Nanotechnologie unterstützen. Darüber hinaus verfügt Nordamerika über eine starke und gut entwickelte Infrastruktur und ein regulatorisches Umfeld, das die Implementierung und Kommerzialisierung fokussierter Ionenstrahlsysteme begünstigt. Nordamerikas starke Kaufkraft und ein starker Fokus auf sorgfältige Fertigung treiben den Bedarf der Region an fokussierten Ionenstrahlsystemen voran und machen sie zum führenden Markt für fokussierte Ionenstrahltechnologie.

Der asiatisch-pazifische Raum wird im Prognosezeitraum voraussichtlich eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (CAGR) von 7,9 % aufweisen. Dieses Wachstum ist vor allem auf die schnelle Expansion des Elektronik- und Halbleitersektors in der Region sowie auf die gestiegenen Forschungs- und Entwicklungsausgaben der wichtigsten Marktunternehmen zurückzuführen. Mit der zunehmenden Verbreitung von Robotern steigt auch die Nachfrage nach elektrischen Geräten wie integrierten Schaltkreisen (ICs) erheblich an. Der jüngste World Robotics-Bericht dokumentierte 553.052 Installationen von Industrierobotern in Fabriken weltweit, was einer jährlichen Wachstumsrate von 5 % im Jahr 2022 entspricht.

Darüber hinaus entfielen 73 % der neu eingesetzten Roboter auf Asien, während 15 % und 10 % auf Europa und Amerika entfielen. Daher legen die Industrien in der Region großen Wert auf die Produktion großer Mengen integrierter Schaltkreise (ICs) und anderer Geräte. Dies führt wiederum zu einer höheren Nachfrage nach fokussierten Ionenstrahlen für Material- und Fehleruntersuchungen. Dies dürfte das Marktwachstum im prognostizierten Zeitraum deutlich beschleunigen.

Europa hält einen bedeutenden Marktanteil. Die Fortschritte in der Nanotechnologie und Halbleiterproduktion treiben den europäischen Markt für fokussierte Ionenstrahlen voran. Diese Verbesserungen erfordern eine genaue Materialcharakterisierung und Mikrobearbeitung. Der Markt wächst aufgrund der zunehmenden Nutzung von Anwendungen in den Bereichen Materialwissenschaft, Biowissenschaften und Elektronik. Darüber hinaus wird die Marktexpansion durch die robuste Forschungs- und Entwicklungsinfrastruktur der Region, erhebliche Investitionen in technologische Fortschritte und namhafte Hersteller von fokussierten Ionenstrahlgeräten unterstützt. Die steigende Nachfrage nach hochauflösender Bildgebung und Analyse in vielen Branchen sowie günstige staatliche Vorschriften und Finanzierungen für Forschungsprogramme treiben das Wachstum des FIB-Marktes in Europa voran.

Segmentanalyse

Der globale Markt für fokussierte Ionenstrahlen ist nach Ionenquelle, Anwendung und vertikalem Typ segmentiert.

Basierend auf der Ionenquelle ist der globale Markt für fokussierte Ionenstrahlen in Ga+ Flüssigmetall, Gasfeld und Plasma unterteilt.

Das Ga+-Flüssigmetallsegment dominierte im Jahr 2023. Ga+-Flüssigmetallionenquellen haben deutliche Vorteile gegenüber Gasfeldern und Plasmaquellen. Diese Quellen haben eine längere Betriebslebensdauer, was zu geringeren Ausfallzeiten führt und den Bedarf an häufigen Austauschvorgängen senkt. Sie weisen eine erhöhte Leuchtkraft auf, was zu einer verbesserten Bildschärfe und einer höheren Präzision bei der Materialbearbeitung führt. Die umfassende Nutzung von Ga+-Flüssigmetallquellen in Branchen wie der Mikroelektronik, in denen hochauflösende Bildgebung und Präzisionsproduktion von entscheidender Bedeutung sind, verstärkt ihre dominante Marktposition auf dem Markt für fokussierte Ionenstrahlen.

Aufgrund zunehmender Umweltbedenken und einer starken Betonung der Nachhaltigkeit wächst das Gasfeld am schnellsten. Der fokussierte Ionenstrahl des Gasfelds verwendet Stickstoffgas, das sowohl ungiftig als auch leicht zugänglich ist. Dadurch entfallen alle Sorgen hinsichtlich gefährlicher Abfälle, die mit fokussierten Ionenstrahlen auf Galliumbasis verbunden sind, und die Nachfrage auf dem Markt nimmt zu.

Das Plasmasegment ist das zweitgrößte. Die Plasmaionenquelle im Markt für fokussierte Ionenstrahlen verbessert die Materialanalyse und die Genauigkeit der Mikrofertigung und erhöht so die Nachfrage in den Bereichen Halbleiter, Materialwissenschaften und Elektronik. Die effiziente Handhabung von Hochdurchsatzanwendungen trägt erheblich zum Wachstum des Marktes bei.

Der Markt ist je nach Anwendung in Fehleranalyse, Nanofabrikation, Gerätemodifikation, Schaltungsbearbeitung und Fälschungserkennung segmentiert.

Das Segment der Fehleranalyse dominierte im Jahr 2023, hauptsächlich aufgrund der zunehmenden Komplexität von Halbleiterbauelementen. Da diese Geräte immer kleiner und komplexer werden, wird es immer schwieriger, Fehler zu entdecken und zu bewerten. Fokussierte Ionenstrahlsysteme sind für diese Aufgabe besonders gut geeignet, da sie hochauflösende Bilder erzeugen und Präzisionsfräsen durchführen, wodurch eine umfassende Untersuchung von Fehlern möglich ist. Fokussierte Ionenstrahlsysteme werden häufig für Schaltkreisbearbeitungsanwendungen eingesetzt, bei denen Ingenieure Halbleiterkomponenten nach der Herstellung modifizieren. Der Prozess kann das Durchtrennen elektrischer Pfade, das Herstellen neuer Verbindungen oder die Fehlersuche in Schaltkreisen umfassen, um Konstruktionsfehler zu beheben oder die Effizienz des Geräts zu verbessern.

Das Segment der Nanofabrikation wächst am schnellsten. Dies ist der Entwicklung spezieller Nanofabrikationswerkzeuge wie Nanobearbeitungsdüsen und Quellen für fokussierte elektronenstrahlinduzierte Abscheidung (FEBID) zu verdanken. Diese Instrumente bieten fortschrittliche Funktionen für die präzise Abscheidung und Entfernung von Materialien im Nanomaßstab. Fokussierte Ionenstrahlsysteme ermöglichen eine hochpräzise Manipulation von Materialien im Nanomaßstab und sind daher für die Modifizierung und Wiederherstellung von Halbleiterbauelementen von unschätzbarem Wert. Mithilfe der fokussierten Ionenstrahltechnologie können Ingenieure Gerätearchitekturen manipulieren, unerwünschtes Material entfernen oder zusätzliche Funktionen in Halbleiterbauelemente integrieren.

Basierend auf dem vertikalen Typ ist der globale Markt für fokussierte Ionenstrahlen in die Bereiche Elektronik und Halbleiter, Industriewissenschaften, Biowissenschaften und Materialwissenschaften unterteilt.

Das Segment Elektronik und Halbleiter dominierte im Jahr 2023 aufgrund verschiedener Faktoren, darunter der wachsende Bedarf an anspruchsvollen Fertigungs- und Analysemethoden, um die steigende Nachfrage nach kleineren, schnelleren und leistungsfähigeren elektronischen Geräten zu decken. Die FIB-Technologie verfügt über hervorragende Fähigkeiten zur präzisen Materialmanipulation, Bildgebung und Fehleranalyse, was sie in der Elektronik- und Halbleiterbranche unverzichtbar macht. Der starke Einfluss der Elektronik- und Halbleiterindustrie, ihre kontinuierliche Innovation und der Bedarf an anspruchsvollen Fertigungstechnologien machen sie zum wichtigsten Sektor auf dem FIB-Markt.

Das Segment Biowissenschaften wächst am schnellsten. Die Technologie fokussierter Ionenstrahlen wird in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, beispielsweise zur Vorbereitung von Proben für die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und die Rasterelektronenmikroskopie (SEM). Diese Technologie ermöglicht die Herstellung fragiler Abschnitte biologischer Proben, die anschließend mit hochauflösenden Bildgebungsverfahren untersucht werden können. Der wachsende Bedarf an maßgeschneiderten medizinischen Behandlungen stimuliert auch den Biowissenschaftssektor der Ionenstrahlindustrie. Die Technologie fokussierter Ionenstrahlen ermöglicht die Herstellung personalisierter Implantate, Prothesen und anderer medizinischer Artikel, die speziell auf die individuellen Anforderungen jedes Patienten zugeschnitten sind.

Das Segment Materialwissenschaften ist das zweitgrößte. Die Materialwissenschaften sind für die Entwicklung des Marktes für fokussierte Ionenstrahlen von entscheidender Bedeutung, da sie Fortschritte bei Nanofabrikationsmethoden ermöglichen, die Auflösung verbessern und die Fähigkeit zur Materialanalyse verbessern. Fortschritte in den Materialwissenschaften treiben den Fortschritt neuer Anwendungen fokussierter Ionenstrahlen in verschiedenen Sektoren wie der Halbleiterproduktion, der Materialforschung und der Biotechnologie voran.

jüngsten Entwicklungen

• Dezember 2023 – Thermo Fisher Scientific hat ein neues Plasma-FIB für die Durchführung von Volumenelektronenmikroskopie und Kryo-Elektronentomographie vorgestellt. Der Thermo Scientific Hydra Bio Plasma-Focused Ion Beam (Plasma-FIB) ist speziell für Zellbiologen gedacht, die ihre Prozesse bei der Durchführung von Volumenelektronenmikroskopie an Kryo- oder harzeingebetteten Proben vereinfachen möchten.
• April 2024 – Thermo Fisher Scientific, Inc. stellte auf der Analytica-Konferenz 2024 seine neu erschienenen Spitzenprodukte vor , hielt Lehrvorträge und demonstrierte Live-Laborexperimente für Kunden aus den Bereichen Labortechnik, Analyse, Biotechnologie und Umweltqualität.