聚焦離子束系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理及聚焦離子束雙束系統(tǒng)

尺度的測量與制造

納米技術(shù)，作為全球科研的熱點(diǎn)，關(guān)鍵在于其能夠在納米級別進(jìn)行精確的測量和制造。納米測量技術(shù)負(fù)責(zé)收集和處理數(shù)據(jù)，而納米加工技術(shù)則是實(shí)現(xiàn)微觀制造目標(biāo)的核心工具。電子束和離子束技術(shù)是這一領(lǐng)域發(fā)展的重要推動(dòng)力。

聚焦離子束(FIB)技術(shù)的應(yīng)用

聚焦離子束技術(shù)利用高能離子束對材料進(jìn)行精細(xì)加工，并與掃描電子顯微鏡協(xié)同工作，為納米器件的制造和加工提供了創(chuàng)新途徑。這項(xiàng)技術(shù)在半導(dǎo)體集成電路制造中得到了廣泛應(yīng)用，極大提升了生產(chǎn)效率。

聚焦離子束(FIB)技術(shù)的演變

1.技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新

聚焦離子束技術(shù)是在傳統(tǒng)離子束技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合了聚焦電子束技術(shù)而發(fā)展起來的。液態(tài)金屬離子源的引入極大地?cái)U(kuò)展了FIB技術(shù)的應(yīng)用范圍，使其在納米科技領(lǐng)域中的作用日益凸顯。

2.加工原理與系統(tǒng)構(gòu)成

聚焦離子束技術(shù)與常規(guī)離子束技術(shù)在加工原理上是一致的，都是通過離子束對樣品表面進(jìn)行轟擊來實(shí)現(xiàn)加工。FIB系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括離子柱、離子源、離子束控制單元和樣品室等，這些組件共同確保了加工過程的精確性。

FIB系統(tǒng)的核心組件

1.離子柱的作用

離子柱是FIB系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，它包含了液態(tài)金屬離子源、聚焦裝置、束流限制和偏轉(zhuǎn)裝置。液態(tài)金屬離子源因其出色的亮度和穩(wěn)定性而成為主流選擇。

2.離子源的重要性

離子源負(fù)責(zé)提供連續(xù)且可聚焦的離子束，其尺寸和性能直接影響到系統(tǒng)的分辨率。液態(tài)金屬離子源和氣體場發(fā)射離子源是兩種主要的技術(shù)路徑，它們各自擁有獨(dú)特的優(yōu)勢。

FIB技術(shù)的應(yīng)用

1.離子束成像技術(shù)

FIB系統(tǒng)的成像分辨率能夠達(dá)到5-10納米，這使得它能夠精確地展現(xiàn)材料表面的微觀結(jié)構(gòu)。在分析腐蝕性材料或氧化物顆粒時(shí)，離子束成像技術(shù)顯示出其獨(dú)特的優(yōu)勢。

2.離子束刻蝕技術(shù)

離子束刻蝕技術(shù)包括物理刻蝕和反應(yīng)離子束刻蝕兩種方式，它們能夠?qū)崿F(xiàn)對不同材料樣品的快速微區(qū)刻蝕。

光纖上精確刻蝕的線寬140 nm的周期結(jié)構(gòu)。Bar：2um

3.離子束薄膜沉積

利用離子束激發(fā)化學(xué)反應(yīng)，可以在材料表面精確沉積金屬和非金屬材料。這一技術(shù)為材料的精確構(gòu)建提供了新的可能性。

氣體注入沉積工作原理圖

4.離子注入技術(shù)

聚焦離子束技術(shù)使得無需掩模的離子注入成為可能，這不僅降低了成本，還提高了加工速度。離子注入技術(shù)在材料改性方面也顯示出其重要性。

FIB在Can襯底上沉積的SiO2：環(huán)形結(jié)構(gòu)。Bar=2um

5.透射電鏡樣品制備

聚焦離子束技術(shù)解決了透射電鏡樣品制備中的精確定位問題，提升了制樣的精確度和成功率。

透射電鏡精確定位樣品制備示意圖

聚焦離子束與電子束雙束系統(tǒng)

1.FIB-SEM雙束系統(tǒng)的優(yōu)勢

FIB-SEM雙束系統(tǒng)整合了聚焦離子束和電子束的優(yōu)勢，提供了高分辨率成像和精細(xì)加工的能力。該系統(tǒng)能夠有效地中和電荷積累，避免了樣品電荷污染的問題。

2.應(yīng)用范圍

FIB-SEM雙束系統(tǒng)在納米科技、材料科學(xué)和生命科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，它能夠提供三維高分辨率成像和材料襯度成像，是科研和工業(yè)領(lǐng)域的重要工具。