為什么要用液態(tài)鎵作為FIB的離子源

本文介紹了為什么要用液態(tài)鎵作為FIB的離子源以及鎵離子束是如何產(chǎn)生的。

什么是FIB？

FIB，全名Focused Ion Beam，聚焦離子束，在芯片制造中十分重要。主要有四大功能：結(jié)構(gòu)切割，線路修改，觀察，TEM制樣等。

為什么用金屬鎵做離子源？

鎵的熔點(diǎn)為 29.76°C，在室溫稍高的條件下即為液態(tài)，這使其非常適合操作。 液態(tài)鎵的蒸氣壓非常低（<10-13Torr），即使在高真空環(huán)境下也能保持穩(wěn)定，不易揮發(fā)而污染真空腔。 ? 表面張力高，可以穩(wěn)定地形成 Taylor cone，從而精確地提取離子。 ? 亮度高，束斑尺寸小，通常小于10nm，加工精度高。 ?

鎵離子束是如何產(chǎn)生的？

如上圖，液態(tài)鎵存儲(chǔ)在儲(chǔ)存器（Ga Reservoir）中，通過(guò)線圈（heater wires）加熱，使鎵保持液態(tài)。液態(tài)鎵通過(guò)毛細(xì)作用流向鎢針尖（W needle） 的表面，在鎢針尖和提取電極之間施加數(shù)十千伏的強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)會(huì)集中在針尖處，使液態(tài)鎵受到電場(chǎng)力拉伸。 液態(tài)鎵在電場(chǎng)的作用下被拉伸成一個(gè)非常小的曲率半徑的錐形（Taylor cone），在Taylor cone的尖端，液態(tài)鎵的原子被強(qiáng)電場(chǎng)游離，形成鎵離子，離子以初始發(fā)射角約為50°的角度射出，經(jīng)過(guò)下游的電磁透鏡聚焦，最終形成一個(gè)高亮度、高精度的高斯分布束斑（Gaussian Profile），即聚焦離子束。