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每天學(xué)一點：FIB聚焦離子束

來源：本站時間：2022-09-23 20:56:16 瀏覽：18728次

FIB基礎(chǔ)知識

FIB即聚焦離子束，具有兩大功能，一是將液態(tài)金屬離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)加速、聚焦后用于轟擊樣品表面，使之產(chǎn)生二次電子信號以獲得樣品表面的電子像（類似于SEM）；二是利用強電流離子束對表面原子進(jìn)行剝離，以完成微、納級別表面形貌加工。若在物理濺射的方式上搭配化學(xué)氣體反應(yīng)系統(tǒng)，則可實現(xiàn)有選擇性的剝離金屬，氧化硅層或沉積金屬層。

FIB的原理示意圖及雙束系統(tǒng)FIB的工作示意圖

樣品和電子束、離子束的幾何學(xué)關(guān)系示意圖

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活動時間：2022年10月19日——2022年10月28日

FIB的三大工作模式分別為：a成像、b切割、c沉積/增強刻蝕,見下圖。

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FIB的應(yīng)用

在雙束系統(tǒng)中，可以在離子束加工的同時，利用電子束實時監(jiān)控加工的全過程。利用電子束成像分辨率高的特點（可達(dá)0.7nm），原位觀察樣品截面和表面信息；利用電子束激發(fā)的特征X射線，對樣品的截面和表面進(jìn)行化學(xué)成分分析。利用電子束產(chǎn)生的背散射電子直接進(jìn)行晶體取向分析。

（1）形貌和成分分析：FIB可以對納米顆粒材料表面進(jìn)行形貌觀察，還可以精準(zhǔn)的切出橫截面，結(jié)合能譜即可對顆粒截面成分進(jìn)行分析。

通過FIB實現(xiàn)對微球材料的表面、截面形貌和EDS線掃分析

（2）制備TEM、3DAP、EBSD樣品：FIB因其樣品制備精度高、速度快已經(jīng)成為特殊樣品制備、精細(xì)結(jié)構(gòu)加工的重要方法。其中制備TEM截面樣品就是其中重要用途。FIB制備的TEM樣品厚度在100nm以下，且成功率很高，所以經(jīng)常用來制備薄膜、陶瓷等塊體的TEM樣品。此外，電子束無法穿透的微米級顆粒，也可用FIB制備一個薄截面樣品再進(jìn)行TEM測試。

制備TEM樣品步驟：a定位需加工區(qū)域；b取出切斷樣品；c移動并傳輸?shù)絋EM專用銅網(wǎng)上；d最終減薄

制備好TEM薄片樣品可以固定在專用銅網(wǎng)做紅色標(biāo)記的位置。

專用銅網(wǎng)示意圖

FIB制備原子探針樣品

（3）微納圖形制備：采用電子束在光刻膠上曝光（EBL），然后刻蝕獲得所需圖形，或用用聚焦離子束直接刻出或在與氣體注入系統(tǒng)（GIS）結(jié)合后沉積出所需圖形，或用戶利用專業(yè)軟件設(shè)計好圖形，在雙束?？芍苯幼R別這些圖形并自動加工完成。

FIB加工的測試狗LOGO

利用離子束沉積的鉑金（Pt）彈簧

FIB-Pt沉積出的探針GaN NW 設(shè)備的SEM圖像及I-Beam 圖像

FIB刻蝕不同間距Poly-Si上面的納米光柵結(jié)構(gòu)

（4）三維表征技術(shù)（FIB-HIM）：在掃描電鏡中可以獲得觀察區(qū)域的表面形貌、化學(xué)成分、晶體取向等信息。三維重構(gòu)（3D）允許從各個角度觀察樣品，尤其當(dāng)樣品中有一些網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不同的相交織在一起，利用FIB三維成像可將它們內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清晰的表征出來，甚至重構(gòu)樣品里小缺陷（<100nm）的三維形狀和尺寸。

超導(dǎo)材料三維EDS分析和多孔陶瓷材料BaTiO₃碎石紋理的表面可視分析

FIB-HIM方法獲得的BaTiO₃樣品的孔徑分布（與壓汞法數(shù)據(jù)基本吻合）

（5）連用加工、沉積、刻蝕等功能實現(xiàn)集成線路修改或微納實驗板制作

a 指定區(qū)域刻蝕將Cu暴露出來；b 將暴露出的Cu切斷；c 沉積Si氧化物實現(xiàn)電氣絕緣

將FIB打的孔、FIB-Pt沉積的點和線用于GaN生長的研究

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