聚焦離子束（FIB）在加工硅材料的應(yīng)用

在材料分析中的關(guān)鍵作用

在材料科學(xué)領(lǐng)域，聚焦離子束（FIB）技術(shù)已經(jīng)成為一種重要的工具，尤其在制備透射電子顯微鏡（TEM）樣品時顯示出其獨特的優(yōu)勢。金鑒實驗室作為行業(yè)領(lǐng)先的檢測機(jī)構(gòu)，能夠幫助研究人員準(zhǔn)確評估FIB加工對材料的影響，確保樣品的質(zhì)量和分析的可靠性。

本文將深入探討FIB技術(shù)在TEM樣品制備中的應(yīng)用，并分析由此產(chǎn)生的人工缺陷問題。

FIB技術(shù)的卓越性能

FIB技術(shù)以其卓越的定位精度和高效的制備流程，大大縮短了樣品制備時間，并能夠生產(chǎn)出具有平整表面和平行邊緣的TEM樣品。

制備TEM樣品的FIB方法

FIB技術(shù)制備TEM樣品主要有兩種方法：一種是在預(yù)先減薄的樣品中制作“H型”截面；另一種是從塊狀樣品中直接制備電子透明的截面，并通過微操縱技術(shù)將其轉(zhuǎn)移到網(wǎng)格上進(jìn)行TEM分析。每種方法都有其特定的優(yōu)勢，且可以根據(jù)具體的研磨順序和束流條件進(jìn)行優(yōu)化。

人工缺陷的多樣性與影響

FIB制備的TEM樣品中觀察到的人工缺陷包括“窗簾效應(yīng)”和非晶層的形成。這些缺陷不僅影響了樣品的局部厚度，而且在高分辨率TEM分析中對分析質(zhì)量有顯著影響。通過降低離子束能量，可以有效減少這些損傷層的厚度。

鎵離子殘留與再沉積的影響

在FIB加工過程中，鎵離子的殘留和再沉積現(xiàn)象對樣品的微區(qū)化學(xué)分析造成了影響。鎵離子與樣品相互作用產(chǎn)生的碰撞損傷可能導(dǎo)致空位和間隙原子的形成，進(jìn)而影響樣品位錯結(jié)構(gòu)的分析。再沉積現(xiàn)象尤其在化學(xué)成分復(fù)雜的樣品中更為顯著。

實驗方法與分析

本研究采用單晶Si(100)襯底，通過FIB刻蝕技術(shù)進(jìn)行離子束掃描。實驗發(fā)現(xiàn)，不同能量和束流條件下刻蝕出的溝槽顯示出不同的損傷層結(jié)構(gòu)和厚度。

研究的結(jié)果

FIB制備的TEM樣品中的損傷結(jié)構(gòu)和厚度與已有研究結(jié)果相吻合。30keV FIB加工后TEM樣品中側(cè)壁損傷的厚度與先前的數(shù)據(jù)一致。Zeigler的注入模型幫助我們理解了鎵離子在硅基底上的損傷剖面，蒙特卡羅模擬計算結(jié)果與實驗觀察結(jié)果相符。盡管FIB技術(shù)在TEM樣品制備中存在引入人工缺陷的挑戰(zhàn)，但其在提高樣品制備精度和效率方面的優(yōu)勢使其成為材料表征不可或缺的工具。