案例展示||FIB-SEM在材料科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

聚焦離子束掃描電鏡（FIB-SEM）憑借其高分辨率成像與精準(zhǔn)微加工能力，已成為科學(xué)研究和工程領(lǐng)域不可或缺的工具。它將聚焦離子束（FIB）與掃描電子顯微鏡（SEM）的功能完美結(jié)合，實現(xiàn)了微觀結(jié)構(gòu)的高精度分析與納米級加工。

FIB-SEM的原理與結(jié)構(gòu)

FIB-SEM的工作原理通過電透鏡將液態(tài)金屬離子源產(chǎn)生的離子束加速并聚焦，作用于樣品表面，實現(xiàn)納米級的銑削、沉積和成像。而SEM則利用電子槍發(fā)射的電子束，經(jīng)電磁透鏡聚焦后與樣品相互作用，產(chǎn)生二次電子和背散射電子等信號，揭示樣品的形貌、成分和晶體結(jié)構(gòu)。這種結(jié)合使得FIB-SEM能夠在加工過程中實時監(jiān)控樣品的變化，實現(xiàn)“觀察-加工-分析”的全鏈條操作。

FIB-SEM技術(shù)的優(yōu)勢

FIB-SEM技術(shù)在微觀分析領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢，避免了傳統(tǒng)機械切割或化學(xué)腐蝕帶來的表面損傷。其次，集成的高分辨率SEM能夠捕捉樣品表面的豐富細(xì)節(jié)，提供形貌、成分和結(jié)構(gòu)等多維度信息。此外，F(xiàn)IB-SEM操作靈活，適用性強，無論是金屬、陶瓷、聚合物還是生物樣品，都可以通過合適的制備方法進(jìn)行分析。

樣品要求與制備

FIB-SEM對樣品有明確要求。塊體樣品的厚度需要在30nm左右，粉末樣品約需10mg，并且樣品應(yīng)該沒有揮發(fā)性，固體塊體的尺寸最好是小于 20mm×20mm×4mm。對于導(dǎo)電性差的樣品，需要進(jìn)行噴金或噴碳處理。透射樣品制備時，只需保證切出的樣品厚度能夠滿足透射要求。此外，含磁性元素的樣品需提供粉末用于驗證磁性。

FIB-SEM的處理手段

透射薄片的孔洞或脫落問題：

透射薄片在減薄過程中出現(xiàn)孔洞或部分脫落是正?，F(xiàn)象，只要存在足夠薄的區(qū)域即可滿足透射拍攝需求。

制樣注意事項：

需確定樣品成分是否導(dǎo)電，導(dǎo)電性差的樣品需噴金；明確FIB制樣的目的，如截面觀察是用于SEM還是TEM，TEM樣品的減薄厚度需更?。贿x擇合適的切割或取樣位置，確保材料耐高壓。

樣品導(dǎo)電性的必要性：

由于FIB-SEM在SEM電鏡下操作，需要清晰觀察樣品形貌，因此導(dǎo)電性良好是精準(zhǔn)制樣的關(guān)鍵。

FIB-SEM的應(yīng)用范圍：

FIB-SEM可用于制備微米級樣品截面，進(jìn)行SEM和能譜測試，也可制備滿足透射電鏡要求的TEM截面樣品。

FIB-SEM的應(yīng)用領(lǐng)域

為了方便大家對材料進(jìn)行深入的失效分析及研究，Dual Beam FIB-SEM業(yè)務(wù)，包括透射電鏡( TEM)樣品制備，材料微觀截面截取與觀察、樣品微觀刻蝕與沉積以及材料三維成像及分析等。FIB-SEM可用于觀察金屬、陶瓷、半導(dǎo)體等材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從納米到微米尺度都能清晰呈現(xiàn)。例如，分析集成電路內(nèi)部的超細(xì)電路結(jié)構(gòu)、金屬合金中的相分布以及新型陶瓷材料的內(nèi)部缺陷。

案例展示

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材料縱向加工觀察材料內(nèi)部形貌，通過對膜層內(nèi)部厚度監(jiān)控以及對缺陷失效分析改善產(chǎn)品工藝，從根部解決產(chǎn)品失效問題。

（1）FIB切割鍵合線

利用FIB對鍵合線進(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FIB獲取膜層剖面對各膜層檢查以及厚度的測量檢測工藝穩(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！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)商解決爭論焦點，減少復(fù)測次數(shù)與支出。

（4）FIB其他領(lǐng)域定點、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，沉積的圖形有點陣，直線等，利用系統(tǒng)沉積金屬材料的功能，可對器件電路進(jìn)行相應(yīng)的修改，更改電路功能。

結(jié)語

FIB-SEM技術(shù)憑借其強大的功能和廣泛的應(yīng)用范圍，正在不斷推動材料科學(xué)、納米技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，F(xiàn)IB-SEM將在微觀世界的研究中發(fā)揮更加重要的作用。