聚焦離子束技術的崛起

在納米科技蓬勃發(fā)展的浪潮中，納米尺度制造業(yè)正以前所未有的速度崛起，而納米加工技術則是這一領域的心臟。聚焦離子束（Focused Ion Beam，F(xiàn)IB）作為納米加工的代表性方法，憑借其卓越的性能和廣泛的應用前景，成為了納米加工領域的明星技術。

FIB結合掃描電子顯微鏡（Scanning Electron Microscopy，SEM）形成的雙束系統(tǒng)（Dual Beam System），不僅具備高精度微納加工能力，還擁有超高空間分辨率成像功能，堪稱超精細加工和表征領域的利器。

從材料科學的視角來看，F(xiàn)IB能夠以近乎無應力的方式進行超精細加工，對材料的特殊要求極低，這使得它在半導體行業(yè)率先嶄露頭角，例如在光刻、光掩模維修、電路修改、故障診斷分析和樣品制備等方面得到大規(guī)模應用。

聚焦離子束系統(tǒng)的基本原理

聚焦離子束系統(tǒng)是一種利用電透鏡將離子束聚焦成極小尺寸的顯微切割儀器。目前，商用系統(tǒng)普遍采用液相金屬離子源（Liquid Metal Ion Source，LMIS），其中金屬材質為鎵（Gallium，Ga）。

鎵元素因其低熔點、低蒸氣壓以及良好的抗氧化能力而被選中。

典型的離子束顯微鏡由液相金屬離子源、電透鏡、掃描電極、二次粒子探測器、5-6軸向移動的試片基座、真空系統(tǒng)、抗振動和磁場裝置、電子控制面板以及計算機等硬件設備組成。

通過在液相金屬離子源上施加外加電場，可以使液態(tài)鎵形成細小尖端，再通過負電場（Extractor）牽引尖端的鎵，從而導出鎵離子束。在一般工作電壓下，尖端電流密度約為10?? Amp/cm2。借助電透鏡聚焦，經過一系列變化孔徑（Automatic Variable Aperture，AVA）調節(jié)，可以決定離子束的大小，最終經過二次聚焦至試片表面。離子束通過物理碰撞實現(xiàn)切割目的，其結構示意圖清晰地展示了這一過程。

聚焦離子束技術在制樣中的應用

聚焦離子束（FIB）制樣技術是一種先進的樣品制備方法，其原理是利用電透鏡將離子源產生的離子束經過離子槍加速后聚焦，作用于樣品表面，實現(xiàn)樣品材料的銑削、沉積、注入和成像等功能。

大多數(shù) FIB 設備使用鎵（Ga）作為離子源，也有一些設備具備氦（He）和氖（Ne）離子源。將掃描電子顯微鏡（SEM）與 FIB 集成為一個系統(tǒng)，可以充分發(fā)揮兩者的優(yōu)點。在加工過程中，可以利用電子束實時監(jiān)控樣品的加工進度，從而更好地控制加工精度，使其成為納米級分析和制造的主要方法之一

FIB 制樣技術具有諸多優(yōu)勢。首先，它能夠實現(xiàn)高精度的樣品加工，加工精度可達納米級別，這對于制備高質量的透射電鏡樣品至關重要。

其次，F(xiàn)IB 制樣過程可以在同一設備中完成銑削、沉積等多種操作，大大提高了樣品制備的效率。

此外，通過與 SEM 的結合，F(xiàn)IB 制樣技術可以在加工過程中實時觀察樣品的形貌和結構變化，及時調整加工參數(shù)，確保樣品的質量。這種實時監(jiān)控功能不僅提高了樣品制備的成功率，還減少了樣品制備過程中的誤差和浪費。金鑒實驗室致力于為客戶提供高質量的測試和分析服務，幫助他們在材料科學、納米技術、半導體制造等領域取得更大的進展。金鑒的專業(yè)團隊將為您提供最優(yōu)質的服務，確保您的研究和開發(fā)工作順利進行。

聚焦離子束技術的案例解析

聚焦離子束技術在材料分析中的應用同樣令人矚目。以Si?N?復合材料的成分和結構分析為例，通過FIB技術，可以從選定部位對該多層材料進行切割提取并減薄處理，制備出適合TEM觀察的樣品。隨后，結合能譜（EDS）分析材料各層成分，通過特定部位的高分辨分析確定其結構特點，并利用選區(qū)電子衍射確定基底相結構，通過雙束衍射分析材料缺陷特征。分析結果顯示，材料基底為Si?N?，鍍層主要由Al、N、Ti組成，其中Si突起處的中間層主要由Al、Ti組成，呈現(xiàn)出尺寸約10nm的納米晶多晶結構。此外，基底中存在較多的位錯，且基本垂直于基底與鍍層界面。