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材料科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著納米技術(shù)的發(fā)展，對(duì)材料微觀結(jié)構(gòu)的精確加工需求日益增長。聚焦離子束（FIB）結(jié)合掃描電子顯微鏡（SEM）的雙束系統(tǒng)，以其在微觀尺度上的高精度加工和實(shí)時(shí)觀察能力，成為納米器件制造和納米結(jié)構(gòu)加工的關(guān)鍵技術(shù)。FIB技術(shù)在微納米加工、集成電路修復(fù)和材料科學(xué)研究等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

圖1 聚焦離子束掃描電鏡中離子束系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

FIB雙束系統(tǒng)的組成與原理

FIB雙束系統(tǒng)由離子源、靜電透鏡、偏轉(zhuǎn)裝置等組成，如圖1所示。系統(tǒng)利用強(qiáng)電場(chǎng)從液態(tài)金屬離子源（如鎵）中抽取離子，通過透鏡和光闌聚焦成束，作用于樣品以實(shí)現(xiàn)刻蝕或切割。同時(shí)，二次電子和二次離子的收集可用于生成顯微圖像。樣品室配備可調(diào)樣品臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)多角度分析和加工。

FIB雙束系統(tǒng)在材料研究中的應(yīng)用

1.離子束精密刻蝕加工

FIB刻蝕技術(shù)包括物理刻蝕和反應(yīng)刻蝕兩種方式。高能離子束與樣品相互作用，通過濺射實(shí)現(xiàn)材料的微區(qū)去除。此外，利用特定氣體與樣品的化學(xué)反應(yīng)，可進(jìn)行選擇性或增強(qiáng)型刻蝕，提高材料加工的選擇性和側(cè)壁垂直度。

2.樣品剖面觀察

傳統(tǒng)剖面制備方法在特定或微小區(qū)域觀察時(shí)存在局限。FIB雙束系統(tǒng)通過SEM定位和離子束刻蝕，可快速準(zhǔn)確地加工出清晰的材料斷面。

3.透射電鏡樣品制備

FIB雙束系統(tǒng)可制備厚度在100nm以下的透射電鏡樣品。通過離子束或電子束沉積保護(hù)層，切割出薄片，使用微操作機(jī)械手提取并粘結(jié)在銅網(wǎng)上，最終減薄至所需厚度。

為方便客戶對(duì)材料進(jìn)行深入的失效分析及研究，金鑒實(shí)驗(yàn)室具備Dual Beam FIB-SEM業(yè)務(wù)，并介紹Dual Beam FIB-SEM在材料科學(xué)領(lǐng)域的一些典型應(yīng)用，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。

FIB的其他應(yīng)用

FIB不僅可用于樣品表面成像，還能反映材料表層的詳細(xì)信息。此外，F(xiàn)IB的刻蝕和沉積功能在半導(dǎo)體集成電路修復(fù)和電子束曝光等領(lǐng)域也有應(yīng)用。