雙束聚焦離子束(FIB)系統(tǒng)概述

雙束聚焦離子束(FIB)系統(tǒng)是一種集成了單束聚焦離子束和掃描電子顯微鏡(SEM)功能的高精度微納加工技術(shù)。這種系統(tǒng)通過精確控制離子束與樣品的相互作用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)材料的微觀加工和分析。FIB系統(tǒng)的核心組成部分包括離子源、離子光學(xué)系統(tǒng)、束描畫系統(tǒng)、信號(hào)采集系統(tǒng)以及樣品臺(tái)。離子源產(chǎn)生帶正電的離子，這些離子在靜電透鏡和偏轉(zhuǎn)裝置的作用下被聚焦并偏轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品表面的精確掃描。樣品加工過程中，加速的離子轟擊樣品表面，導(dǎo)致表面原子濺射，同時(shí)產(chǎn)生的二次電子和二次離子被探測(cè)器采集并用于成像。

設(shè)備布局與操作

雙束FIB設(shè)備的設(shè)計(jì)通常有兩種布局：一種是電子束豎直安裝，另一種是離子束和電子束呈一定角度安裝。在操作過程中，樣品被放置在共心高度位置，這樣可以同時(shí)進(jìn)行電子束成像和離子束處理。樣品臺(tái)的傾轉(zhuǎn)功能允許樣品表面垂直于電子束或離子束，以適應(yīng)不同的加工需求。

離子束顯微鏡的組件

離子束顯微鏡的關(guān)鍵組件包括液態(tài)金屬離子源、離子引出極、預(yù)聚焦極、聚焦極、消像散電子透鏡、掃描線圈、二次粒子檢測(cè)器、活動(dòng)樣品基座、真空系統(tǒng)、抗振動(dòng)及磁場(chǎng)設(shè)備、電路控制板和電腦等。液態(tài)金屬離子源在外加電場(chǎng)的作用下形成細(xì)小尖端，導(dǎo)出離子束。通過電透鏡聚焦和可變孔徑光闌的調(diào)節(jié)，可以控制離子束的大小，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品表面的精確加工。在一般工作電壓下，尖端電流密度約為10^-4A/cm^2，離子束到達(dá)樣品表面的束斑直徑可達(dá)到7納米。

FIB系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域

Dual Beam FIB-SEM業(yè)務(wù)，包括透射電鏡( TEM)樣品制備，材料微觀截面截取與觀察、樣品微觀刻蝕與沉積以及材料三維成像及分析等。

1.透射電子顯微鏡(TEM)樣品制備：

適用于半導(dǎo)體薄膜、器件、金屬材料、電池材料、二維材料、地質(zhì)和陶瓷材料等。制備樣品時(shí)，需要根據(jù)材料的特性選擇合適的位置和方法。

2.截面分析：

利用FIB濺射刻蝕功能，芯片、LED等進(jìn)行橫截面觀測(cè)和成分分析，結(jié)合元素分析(EDS)技術(shù)，提供精準(zhǔn)的材料成分信息。

3.芯片修補(bǔ)與線路編輯：

在集成電路設(shè)計(jì)驗(yàn)證和缺陷修復(fù)中，F(xiàn)IB技術(shù)可以對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行精確的切割或沉積，實(shí)現(xiàn)電路的修改。

4.微納結(jié)構(gòu)制備：

FIB系統(tǒng)能夠在微納米尺度上制備復(fù)雜的功能性結(jié)構(gòu)，如納米量子電子器件、亞波長(zhǎng)光學(xué)結(jié)構(gòu)等。

5.三維重構(gòu)分析：

通過逐層切割和成像，結(jié)合軟件處理，實(shí)現(xiàn)材料的三維結(jié)構(gòu)和成分分析。

6.原子探針樣品制備：

用于原子探針斷層掃描(APT)和納米尺度化學(xué)成分分析，需要制備大高寬比、銳利的探針。

7.離子注入：

用于材料表面改性，如通過高能離子束注入單晶硅表面，改變其物理性質(zhì)。

8.光刻掩膜版修復(fù)：

FIB系統(tǒng)可以修復(fù)掩膜版上的微小缺陷，延長(zhǎng)其使用壽命，減少成本。

FIB技術(shù)的未來(lái)展望

FIB技術(shù)的發(fā)展極大地推動(dòng)了微納加工領(lǐng)域的進(jìn)步，其高精度和多功能性使其成為現(xiàn)代科研和工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的工具。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，F(xiàn)IB系統(tǒng)的應(yīng)用范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大，為材料科學(xué)、納米技術(shù)、半導(dǎo)體工業(yè)等領(lǐng)域帶來(lái)更多創(chuàng)新和突破。