納米科技是當(dāng)前科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域，納米測(cè)量學(xué)和納米加工技術(shù)在其中扮演著至關(guān)重要的角色。電子束和離子束等工藝是實(shí)現(xiàn)納米尺度加工的關(guān)鍵手段。特別是聚焦離子束（FIB）系統(tǒng)，通過(guò)結(jié)合高強(qiáng)度的離子束和實(shí)時(shí)觀測(cè)技術(shù)，為納米器件的制造和加工提供了新的可能性。金鑒實(shí)驗(yàn)室在這一領(lǐng)域擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)的設(shè)備，能夠?yàn)榭蛻籼峁┤娴臏y(cè)試和分析服務(wù)。本文將詳細(xì)介紹聚焦離子束系統(tǒng)的工作原理、應(yīng)用領(lǐng)域以及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

一、聚焦離子束系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理

1. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：

聚焦離子束系統(tǒng)的核心是離子柱，位于樣品室頂部，包含液態(tài)金屬離子源、聚焦裝置、束流限制和偏轉(zhuǎn)裝置等。樣品室內(nèi)設(shè)有五維可調(diào)樣品架，實(shí)現(xiàn)多方向分析和處理。

2. 工作原理：

離子柱尖端的液態(tài)離子源在強(qiáng)電場(chǎng)作用下提取帶有正電荷的離子，通過(guò)靜電透鏡和四極/八級(jí)偏轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行聚焦和掃描。系統(tǒng)在高真空狀態(tài)下工作，以防止離子束受到氣體分子的影響。金鑒實(shí)驗(yàn)室擁有高端的聚焦離子束設(shè)備，能夠進(jìn)行精確的樣品定位與分析，為客戶提供可靠的測(cè)試結(jié)果，確保研究的順利進(jìn)行。

二、聚焦離子束的應(yīng)用：

為了方便大家對(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)，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. 離子束成像：

利用探測(cè)器接收激發(fā)出的二次電子來(lái)成像，聚焦離子束轟擊樣品表面，激發(fā)出二次電子、中性原子、二次離子和光子等。與掃描電子顯微鏡相比，離子束成像能更真實(shí)地反映材料表層的詳細(xì)形貌。

2. 離子束刻蝕：

包括物理離子束刻蝕和反應(yīng)離子束刻蝕，通過(guò)離子束的動(dòng)量傳遞和化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)材料的刻蝕。適用于納米級(jí)材料的加工，如氧化鋅納米帶的刻蝕。

圖2. 光纖上精確刻蝕的線寬140 nm的周期結(jié)構(gòu)。Bar：2um

3. 離子束沉積薄膜：

利用離子束的能量激發(fā)化學(xué)反應(yīng)來(lái)沉積金屬材料和非金屬材料。通過(guò)氣體注入系統(tǒng)將金屬有機(jī)物氣體噴涂在樣品上，離子束能量使有機(jī)物分解，固體成分被沉積下來(lái)。

圖3. 氣體注入沉積工作原理圖

4. 離子注入：

利用聚焦離子束系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)掩模注入離子，精確控制注入的深度和廣度。與傳統(tǒng)掩模注入法相比，節(jié)省成本和加工時(shí)間。

圖4. FIB在Can襯底上沉積的SiO2：環(huán)形結(jié)構(gòu)。Bar=2um

5. 透射電子顯微鏡樣品制備：

利用聚焦離子束技術(shù)精確定位樣品，減少因離子束轟擊而引起的損傷。通過(guò)在樣品保留區(qū)域上沉積一層Pt，保護(hù)該區(qū)域并逐步調(diào)整聚焦離子束的束流，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的“薄墻”制備。

圖5. 透射電鏡精確定位樣品制備示意圖

圖6. 透射電鏡樣品制備實(shí)例

利用其微加工和定位功能輔助透射電鏡制樣，大大縮短了精確定位透射電鏡樣品制備時(shí)間，提高了制樣精確度和成功率。結(jié)合掃描電鏡、透射電鏡、X射線能譜和二次離子質(zhì)譜等可在微米、納米尺度進(jìn)行微區(qū)剖面形貌、結(jié)構(gòu)和組分析舊引，極大地支持了微納米器件工藝評(píng)價(jià)和失效分析工作。

三、聚焦離子束電子束雙束系統(tǒng)

金鑒實(shí)驗(yàn)室的雙束系統(tǒng)在多種研究領(lǐng)域中展現(xiàn)出優(yōu)越的性能，能夠?yàn)榭蛻籼峁┤娴姆治龊蜏y(cè)試服務(wù)。

1. 系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)：

結(jié)合了聚焦離子束和電子束的優(yōu)點(diǎn)，避免了各自的缺陷。掃描電子束可中和離子束轟擊在樣品表面殘留的正電荷，反之亦然。

圖7. 聚焦離子束電子束雙束系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2. 應(yīng)用領(lǐng)域：

廣泛應(yīng)用于納米科技、材料科學(xué)和生命科學(xué)領(lǐng)域的研究。配備X射線能譜（EDX）和背散射電子衍射儀（EBSD）進(jìn)行微區(qū)成分分析和材料結(jié)構(gòu)分析。

四、展望

1. 技術(shù)挑戰(zhàn)：

隨著集成電路器件體積的減小和密度的增加，分析設(shè)備的空間分辨率和雜質(zhì)探測(cè)靈敏度要求越來(lái)越高。

2. 技術(shù)進(jìn)步聚：

焦離子束技術(shù)在集成電路、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用促進(jìn)了其自身技術(shù)的進(jìn)步，技術(shù)指標(biāo)不斷提高，應(yīng)用范圍更為廣泛。金鑒實(shí)驗(yàn)室作為一家提供檢測(cè)、鑒定、認(rèn)證和研發(fā)服務(wù)的第三方檢測(cè)與分析機(jī)構(gòu)，擁有先進(jìn)的測(cè)試設(shè)備和專業(yè)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，能夠確保材料檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。實(shí)驗(yàn)室還積極參與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定和更新，以確保服務(wù)的前瞻性和國(guó)際化水平。