聚焦離子束顯微鏡（FIB-SEM）作為一種前沿的微觀分析與加工工具，將聚焦離子束（FIB）和掃描電子顯微鏡（SEM）技術深度融合，兼具高分辨率成像和精密微加工能力，廣泛應用于材料科學、電子工業、生命科學及納米技術等領域，成為現代科研與工業不可或缺的重要設備。FIB-SEM其獨特的雙束系統設計，使SEM能夠實時監控FIB操作，實現了高分辨率電子束成像與精細離子束加工的完美協同，為微觀世界的探索與改造提供了強大的技術支撐。

FIB-SEM工作原理

FIB-SEM系統巧妙地整合了兩種互補的技術，實現了材料的高精度成像與加工。其中，FIB技術利用電透鏡將液態金屬離子源產生的離子束進行加速和聚焦，作用于樣品表面，能夠實現納米級的銑削、沉積、注入和成像操作。這種技術可以對材料進行精準的微觀加工，為后續的分析和研究提供理想的樣品形態。而SEM部分則通過電子槍發射電子束，經電磁透鏡加速和聚焦后，與樣品相互作用產生多種信號，如二次電子和背散射電子。這些信號蘊含著樣品的物理和化學特性信息，包括形貌、成分和晶體結構等。通過對這些信號的檢測和分析，研究人員可以直觀地了解樣品的微觀結構和性質。FIB與SEM的協同工作是FIB-SEM系統的核心優勢。在實際操作中，FIB可以對樣品進行加工和改造，而SEM則實時監控加工過程，確保加工的精度和效果。這種“觀察-加工-分析”的全鏈條能力，使得FIB-SEM能夠在微觀尺度上實現對材料的全方位研究和改造。

FIB-SEM主要應用領域

1.截面分析

截面分析是FIB-SEM的典型應用之一，通過在樣品表面挖出一個垂直于表面的截面，可以詳細研究樣品的內部結構。這種技術廣泛用于分析多層結構的厚度、夾角和組成成分。例如，在半導體制造中，FIB-SEM被用于檢測光刻膠層的厚度和均勻性，同時通過附帶的能量色散X射線光譜（EDS）系統進行元素成分分析。隨著集成電路從中小規模向大規模、超大規模甚至系統級芯片發展，失效分析對技術精度的要求日益提高，而FIB-SEM能夠滿足納米級別的分析需求，為半導體產業的發展提供了重要的技術支持。

2.FIB-TEM樣品制備

透射電子顯微鏡（TEM）是一種能夠觀察材料微觀結構的高分辨率工具，但對樣品厚度要求極高，通常在100納米以下。然而，絕大多數固體樣品無法直接滿足TEM的要求，這時就需要借助FIB-SEM的精準加工能力來制備超薄樣品。制備過程通常包括以下幾個典型步驟：首先，在樣品的關鍵區域進行保護性涂層沉積，以避免制樣過程中由高能離子束引起的表面損傷；然后，使用FIB技術對樣品進行初步銑削；最后，通過精細銑削將樣品厚度進一步降低至TEM可用的標準。通過這種方式制備的樣品，能夠為TEM表征提供理想的微觀結構信息，從而推動材料科學等領域的深入研究。

結論

FIB-SEM作為一種高端的微觀分析與加工設備，憑借其獨特的雙束協同工作模式和強大的功能，在材料科學、電子工業、生命科學以及納米技術等領域發揮著重要作用。隨著技術的不斷進步，FIB-SEM將在微觀世界的研究中發揮更加重要的作用。