聚焦離子束技術(shù)概述

聚焦離子束（Focused Ion Beam，F(xiàn)IB）技術(shù)是微納米尺度制造與分析領(lǐng)域的一項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)。其原理是利用靜電透鏡將離子源匯聚成極為精細(xì)的束斑，束斑直徑可精細(xì)至約5納米。

當(dāng)這束高能離子束轟擊材料表面時(shí)，能夠在納米尺度上對(duì)材料實(shí)施剝離、沉積、注入、切割和改性等一系列操作。

FIB/SEM雙束系統(tǒng)加工過(guò)程

FIB/SEM雙束系統(tǒng)是聚焦離子束技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要里程碑。該系統(tǒng)將掃描電子顯微鏡（Scanning Electron Microscopy，SEM）與FIB系統(tǒng)耦合在一起，實(shí)現(xiàn)了離子束加工與電子束成像的同步進(jìn)行。在工作過(guò)程中，樣品被放置在FIB和SEM的共軸高度處，這樣就能夠同時(shí)利用電子束進(jìn)行高分辨率成像和離子束進(jìn)行加工。通過(guò)樣品臺(tái)的靈活傾轉(zhuǎn)，還可以使樣品表面與電子束或離子束保持垂直，從而確保加工和成像的精確性。

當(dāng)FIB離子束轟擊材料表面時(shí)，入射離子會(huì)在材料內(nèi)部引發(fā)一系列復(fù)雜的散射過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，離子不斷失去能量，最終停留在材料內(nèi)部。離子損失的能量主要有兩個(gè)去向：一方面，通過(guò)與材料中的原子核發(fā)生碰撞，將部分能量傳遞給原子，使原子發(fā)生移位或者脫離材料表面，從而實(shí)現(xiàn)材料的刻蝕加工；

另一方面，將能量傳遞給原子核周?chē)碾娮樱ぐl(fā)這些電子產(chǎn)生二次電子，或者剝離原子核周?chē)牟糠蛛娮樱乖与婋x成離子，進(jìn)而產(chǎn)生二次離子發(fā)射。這一過(guò)程不僅實(shí)現(xiàn)了材料的加工，還為后續(xù)的分析提供了重要的信號(hào)基礎(chǔ)。

FIB/SEM雙束系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域

FIB/SEM雙束系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，幾乎涵蓋了所有材料科學(xué)和微電子技術(shù)相關(guān)的領(lǐng)域。

在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，它可以用于芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)的定點(diǎn)觀測(cè)、故障分析以及集成電路的修改等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對(duì)于鋰電材料，能夠進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)的剖析和性能優(yōu)化研究。金屬材料、陶瓷材料、光電材料以及高分子材料等眾多材料體系，都可以借助FIB/SEM雙束系統(tǒng)進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)的加工和性能分析。

此外，在離子注入、切割等微納加工工藝中，F(xiàn)IB/SEM雙束系統(tǒng)也發(fā)揮著不可或缺的作用，其高精度的加工能力為這些工藝的實(shí)現(xiàn)提供了有力支持。

FIB/SEM雙束系統(tǒng)分析案例

1.材料微觀截面截取與觀察

SEM僅能觀察材料表面信息，聚焦離子束的加入可以對(duì)材料縱向加工觀察材料內(nèi)部形貌，通過(guò)對(duì)膜層內(nèi)部厚度監(jiān)控以及對(duì)缺陷失效分析改善產(chǎn)品工藝，從根部解決產(chǎn)品失效問(wèn)題。

（1）FIB切割鍵合線

利用FIB對(duì)鍵合線進(jìn)行截面制樣，不僅可以觀察到截面晶格形貌，還可掌控鍍層結(jié)構(gòu)與厚度。

（2）FIB切割芯片金道

FIB-SEM產(chǎn)品工藝異常或調(diào)整后通過(guò)FIB獲取膜層剖面對(duì)各膜層檢查以及厚度的測(cè)量檢測(cè)工藝穩(wěn)定性。

（3）FIB切割支架鍍層

利用FIB切割支架鍍層，避免了傳統(tǒng)切片模式導(dǎo)致的金屬延展、碎屑填充、厚度偏差大的弊端，高分辨率的電鏡下，鍍層晶格形貌、內(nèi)部缺陷一覽無(wú)遺。FIB-SEM掃描電鏡下觀察支架鍍層截面形貌，鍍層界限明顯、結(jié)構(gòu)及晶格形貌清晰，尺寸測(cè)量準(zhǔn)確。此款支架在常規(guī)鍍鎳層上方鍍銅，普通制樣方法極其容易忽略此層結(jié)構(gòu)，輕則造成判斷失誤，重則造成責(zé)任糾紛，經(jīng)濟(jì)損失！

FIB-SEM掃描電鏡下觀察支架鍍層截面形貌。此款支架在鍍銅層下方鍍有約30納米的鎳層，在FIB-SEM下依然清晰可測(cè)！內(nèi)部結(jié)構(gòu)、基材或鍍層的晶格、鍍層缺陷清晰明了，給客戶和供應(yīng)商解決爭(zhēng)論焦點(diǎn)，減少?gòu)?fù)測(cè)次數(shù)與支出。金鑒實(shí)驗(yàn)室在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)操作，確保每一個(gè)測(cè)試環(huán)節(jié)都精準(zhǔn)無(wú)誤地符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

（4）FIB其他領(lǐng)域定點(diǎn)、圖形化切割

2.誘導(dǎo)沉積材料

利用電子束或離子束將金屬有機(jī)氣體化合物分解，從而可在樣品的特定區(qū)域進(jìn)行材料沉積。本系統(tǒng)沉積的材料為Pt，沉積的圖形有點(diǎn)陣，直線等，利用系統(tǒng)沉積金屬材料的功能，可對(duì)器件電路進(jìn)行相應(yīng)的修改，更改電路功能。

聚焦離子束技術(shù)及其衍生的FIB/SEM雙束系統(tǒng)，以其獨(dú)特的加工和分析能力，在微納米尺度的科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，其應(yīng)用范圍還將進(jìn)一步拓展，為人類(lèi)探索微觀世界和推動(dòng)科技發(fā)展提供更強(qiáng)大的工具支持。