摘要

結(jié)合聚焦離子束（FIB）技術和掃描電子顯微鏡（SEM）的FIB-SEM雙束系統(tǒng)，通過整合氣體注入系統(tǒng)、納米操控器、多種探測器以及可控樣品臺等附件，已發(fā)展成為一個能夠進行微觀區(qū)域成像、加工、分析和操控的綜合分析工具。該系統(tǒng)的應用已經(jīng)從半導體行業(yè)擴展到材料科學、生命科學和地質(zhì)學等多個領域。

歷史背景

1978年，美國加州休斯研究所開發(fā)了世界上第一臺以液態(tài)金屬鎵（Ga）離子為發(fā)射源的聚焦離子束（FIB）系統(tǒng)。1988年，首臺FIB-SEM雙束系統(tǒng)成功面世，20世紀90年代，商業(yè)化的雙束系統(tǒng)開始普及。

隨著技術的發(fā)展，F(xiàn)IB-SEM雙束系統(tǒng)不斷集成新型探測器、微納操控器和測試裝置，成為功能強大的綜合分析與表征設備，其應用范圍也從半導體行業(yè)擴展到更廣泛的領域。金鑒實驗室的專業(yè)團隊不斷探索和優(yōu)化FIB-SEM雙束系統(tǒng)的性能，以滿足客戶日益增長的分析需求。

系統(tǒng)構(gòu)成與原理

FIB-SEM雙束系統(tǒng)由離子源、離子光學柱、束描畫系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)和樣品臺五部分構(gòu)成。

離子源在頂端產(chǎn)生帶正電的離子，通過靜電透鏡和偏轉(zhuǎn)裝置實現(xiàn)對樣品的可控掃描。樣品加工通過加速離子轟擊樣品實現(xiàn)，產(chǎn)生的二次電子和離子由探測器收集用于成像。為保證離子束不受氣體分子影響，樣品腔和離子束鏡筒需在高真空條件下工作。

典型 ＦＩＢ-ＳＥＭ 雙束設備示意圖

液態(tài)金屬鎵離子源的實物照片

應用領域

1. TEM樣品制備：利用FIB-SEM雙束系統(tǒng)在感興趣的樣品區(qū)域內(nèi)制備高質(zhì)量的TEM樣品，包括非提取法和提取法兩種方式。金鑒實驗室利用FIB-SEM雙束系統(tǒng)為客戶制備高質(zhì)量的TEM樣品，確保樣品的完整性和分析結(jié)果的準確性。

ａ. Ｈ 形減薄樣品的側(cè)視照片 ｂ. Ｈ 形減薄樣品的俯視照片

2. 微納尺度力學性能測試樣品制備：FIB用于加工各種幾何形狀的力學測試樣品，以實現(xiàn)對微納尺度材料力學性能的高精度測量。

ａ. 微拉伸示意圖 ｂ， ｃ. 拉伸試樣 ｄ. 透射電鏡中進行拉伸試驗

3. 材料三維成像和分析：通過FIB逐層切割和SEM成像交替進行，結(jié)合軟件三維重構(gòu)，實現(xiàn)對材料結(jié)構(gòu)、形貌及成分等信息的表征。

聚焦離子束的三種工作模式ａ.成像 ｂ. 加工；ｃ. 沉積

２Ｄ 取向成像圖片和三維重構(gòu)圖

結(jié)論

FIB-SEM雙束系統(tǒng)作為一種先進的分析工具，在材料科學、生命科學和地質(zhì)學等領域展現(xiàn)出廣泛的應用潛力。通過不斷優(yōu)化和集成新技術，該系統(tǒng)在提升材料分析精度和效率方面發(fā)揮著重要作用。