統(tǒng)及原理

雙束聚焦離子束系統(tǒng)可簡單地理解為是單束聚焦離子束和普通SEM之間的耦合。

單束聚焦離子束系統(tǒng)包括離子源，離子光學柱，束描畫系統(tǒng)，信號采集系統(tǒng)，樣品臺五大部分。

離子束鏡筒頂部為離子源，離子源上施加強大電場提取帶正電荷離子，經(jīng)靜電透鏡和偏轉(zhuǎn)裝置聚焦并偏轉(zhuǎn)后實現(xiàn)樣品可控掃描。樣品加工采用加速離子轟擊試樣使表面原子濺射的方法進行，而生成的二次電子及二次離子則由對應(yīng)探測器進行采集及成像。

常用的雙束設(shè)備有電子束豎直安裝和離子束和電子束呈一定角度安裝兩種，見附圖。人們常把電子束與離子束在焦平面上的交線稱為共心高度位置。使用時試樣位于共心高度位置既可實現(xiàn)電子束成像，又可進行離子束處理，且可通過試樣臺傾轉(zhuǎn)將試樣表面垂直于電子束或者離子束。

典型離子束顯微鏡主要由液態(tài)金屬離子源和離子引出極，預聚焦極，聚焦極使用高壓電源，電對中，消像散電子透鏡，掃描線圈等組成、二次粒子檢測器，活動樣品基座，真空系統(tǒng)，抗振動及磁場設(shè)備，電路控制板，電腦等硬件設(shè)備，如圖所示：

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，進而實現(xiàn)對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，離子束到達樣品表面的束斑直徑可達到7納米。

常用的TEM制樣

1、半導體薄膜材料

此類樣品多為在平整的襯底上生長的薄膜材料，多數(shù)為多層膜（每層為不同材料），極少數(shù)為單層材料。多數(shù)的厚度范圍是幾納米-幾百納米。制備樣品是選用的位置較多，無固定局限。

2、半導體器件材料

此類樣品多為在平整的襯底上生長的有各種形狀材料，表面有圖形，制樣范圍有局限。

3、金屬材料

金屬材料，多為表面平整樣品，也有斷口等不規(guī)則樣品，減薄的區(qū)域多為大面積。

4、電池材料

電池材料多為粉末，每個大顆粒會有許多小顆粒組成，形狀多為球形，由于電池材料元素的原子序數(shù)較小，pt原子進入在TEM下會較為明顯，建議保護層采用C保護。

5、二維材料

此類樣品為單層或多層結(jié)構(gòu)，如石墨烯等，電子束產(chǎn)生的熱效應(yīng)會對其造成損傷，在制備樣品前需要在表面進行蒸鍍碳的處理，或者提前在表面鍍上保護膜。

6、地質(zhì)、陶瓷材料

此類樣品導電性能差、有些會出現(xiàn)空洞，制備樣品前需要進行噴金處理，材料較硬，制備時間長。

7、原位芯片

用原位芯片代替銅網(wǎng)，將提取出來的樣品固定在芯片上，進行減薄。

截面分析

應(yīng)用FIB濺射刻蝕功能可定點切割試樣并觀測橫截面（cross-section）來表征截面形貌大小，還可配備與元素分析（EDS）等相結(jié)合的體系來分析截面成分。

芯片修補與線路編輯

IC設(shè)計時，必須對所形成集成電路進行設(shè)計變更驗證，優(yōu)化與調(diào)試。在檢測出問題之后，對這些缺陷的部位需進行維修。現(xiàn)有集成電路制程正在縮減。線路層數(shù)亦越來越多。應(yīng)用FIB中濺射功能可以使某處連線切斷，也可以用它的沉積功能使某地原先沒有連接的地方連接在一起，使電路連線的方向發(fā)生了變化，可以找到、診斷電路是否存在誤差，并能直接對芯片中的這些誤差進行校正，減少研發(fā)成本并加快研發(fā)進程，由于它節(jié)省原形制備及掩模變更所需的時間及成本。

微納結(jié)構(gòu)制備

FIB系統(tǒng)不需要掩膜版就能直接刻畫出或沉積到GIS系統(tǒng)下所需要的圖形，使用FIB系統(tǒng)已能夠在微納米尺度上制備復雜功能性結(jié)構(gòu)，內(nèi)容涉及納米量子電子器件、亞波長光學結(jié)構(gòu)、表面等離激元器件和光子晶體結(jié)構(gòu)。采用合理方法，不但能實現(xiàn)二維平面圖形結(jié)構(gòu)的繪制，而且即使在復雜的三維結(jié)構(gòu)中也能進行繪制。

三維重構(gòu)分析

三維重構(gòu)分析目的主要是依靠軟件控制FIB逐層切割和SEM成像交替進行，最后通過軟件進行三維重構(gòu)。FIB三維重構(gòu)技術(shù)與EDS有效結(jié)合使得研究人員能夠在三維空間對材料的結(jié)構(gòu)形貌以及成分等信息進行表征；和EBSD結(jié)合可對多晶體材料進行空間狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)、取向、晶粒形貌、大小、分布等信息進行表征。