摘要

結(jié)合聚焦離子束（FIB）技術(shù)和掃描電子顯微鏡（SEM）的FIB-SEM雙束系統(tǒng)，通過整合氣體注入系統(tǒng)、納米操控器、多種探測器以及可控樣品臺(tái)等附件，已發(fā)展成為一個(gè)能夠進(jìn)行微觀區(qū)域成像、加工、分析和操控的綜合分析工具。該系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)從半導(dǎo)體行業(yè)擴(kuò)展到材料科學(xué)、生命科學(xué)和地質(zhì)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。

歷史背景

1978年，美國加州休斯研究所開發(fā)了世界上第一臺(tái)以液態(tài)金屬鎵（Ga）離子為發(fā)射源的聚焦離子束（FIB）系統(tǒng)。1988年，首臺(tái)FIB-SEM雙束系統(tǒng)成功面世，20世紀(jì)90年代，商業(yè)化的雙束系統(tǒng)開始普及。

隨著技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)IB-SEM雙束系統(tǒng)不斷集成新型探測器、微納操控器和測試裝置，成為功能強(qiáng)大的綜合分析與表征設(shè)備，其應(yīng)用范圍也從半導(dǎo)體行業(yè)擴(kuò)展到更廣泛的領(lǐng)域。金鑒實(shí)驗(yàn)室的專業(yè)團(tuán)隊(duì)不斷探索和優(yōu)化FIB-SEM雙束系統(tǒng)的性能，以滿足客戶日益增長的分析需求。

系統(tǒng)構(gòu)成與原理

FIB-SEM雙束系統(tǒng)由離子源、離子光學(xué)柱、束描畫系統(tǒng)、信號(hào)采集系統(tǒng)和樣品臺(tái)五部分構(gòu)成。

離子源在頂端產(chǎn)生帶正電的離子，通過靜電透鏡和偏轉(zhuǎn)裝置實(shí)現(xiàn)對樣品的可控掃描。樣品加工通過加速離子轟擊樣品實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)生的二次電子和離子由探測器收集用于成像。為保證離子束不受氣體分子影響，樣品腔和離子束鏡筒需在高真空條件下工作。

典型 ＦＩＢ-ＳＥＭ 雙束設(shè)備示意圖

液態(tài)金屬鎵離子源的實(shí)物照片

應(yīng)用領(lǐng)域

1. TEM樣品制備：利用FIB-SEM雙束系統(tǒng)在感興趣的樣品區(qū)域內(nèi)制備高質(zhì)量的TEM樣品，包括非提取法和提取法兩種方式。金鑒實(shí)驗(yàn)室利用FIB-SEM雙束系統(tǒng)為客戶制備高質(zhì)量的TEM樣品，確保樣品的完整性和分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

ａ. Ｈ 形減薄樣品的側(cè)視照片 ｂ. Ｈ 形減薄樣品的俯視照片

2. 微納尺度力學(xué)性能測試樣品制備：FIB用于加工各種幾何形狀的力學(xué)測試樣品，以實(shí)現(xiàn)對微納尺度材料力學(xué)性能的高精度測量。

ａ. 微拉伸示意圖 ｂ， ｃ. 拉伸試樣 ｄ. 透射電鏡中進(jìn)行拉伸試驗(yàn)

3. 材料三維成像和分析：通過FIB逐層切割和SEM成像交替進(jìn)行，結(jié)合軟件三維重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對材料結(jié)構(gòu)、形貌及成分等信息的表征。

聚焦離子束的三種工作模式ａ.成像 ｂ. 加工；ｃ. 沉積

２Ｄ 取向成像圖片和三維重構(gòu)圖

結(jié)論

FIB-SEM雙束系統(tǒng)作為一種先進(jìn)的分析工具，在材料科學(xué)、生命科學(xué)和地質(zhì)學(xué)等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用潛力。通過不斷優(yōu)化和集成新技術(shù)，該系統(tǒng)在提升材料分析精度和效率方面發(fā)揮著重要作用。