FIB常见应用明细及事理分析_样品_离子束

双束聚焦离子束系统可以大略理解为单束聚焦离子束系统与普通SEM的耦合。
单束聚焦离子束系统由离子源、离子光学柱、束描绘系统、旗子暗记采集系统和样品台5部分构成。
离子束镜筒的顶端是离子源，在离子源上加较强的电场来抽取出带正电荷的离子，这些离子通过静电透镜及偏转装置的聚焦和偏转来实现对样品的可控扫描。
样品加工是通过将加速的离子轰击样品使其表面原子发生溅射来实现，同时产生的二次电子和二次离子被相应的探测器网络并用于成像。

常见的双整装备是电子束垂直安装，离子束与电子束成一定夹角安装，如图所示。
常日称电子束和离子束焦平面的交点为共心高度位置。
在利用过程中样品处于共心高度的位置即可同时实现电子束成像和离子束加工，并可以通过样品台的倾转使样品表面与电子束或离子束垂直。

范例的离子束显微镜包括液态金属离子源及离子引出极、预聚焦极、聚焦极所用的高压电源、电对中、消像散电子透镜、扫描线圈、二次粒子检测器、可移动的样品基座、真空系统、抗振动和磁场的装置、电路掌握板和电脑等硬件设备，如图所示：

外加电场于液态金属离子源，可使液态镓形成眇小尖端，再加上负电场牵引尖真个镓，而导出镓离子束。
在一样平常事情电压下，尖端电流密度约为10-4A/cm2，以电透镜聚焦，经由可变孔径光阑，决定离子束的大小，再经由二次聚焦以很小的束斑轰击样品表面，利用物理碰撞来达到切割的目的，离子束到达样品表面的束斑直径可达到7纳米。

设备部分运用

1 TEM制样

2 截面剖析

3 芯片修补与线路修正

4 微纳构造制备

5 三维重构剖析

6 原子探针样品制备

7 离子注入

8 光刻掩膜版修复

常用的TEM制样

1、半导体薄膜材料

此类样品多为在平整的衬底上成长的薄膜材料，多数为多层膜（每层为不同材料），极少数为单层材料。
多数的厚度范围是几纳米-几百纳米。
制备样品是选用的位置较多，无固定局限。

2、半导体器件材料

此类样品多为在平整的衬底上成长的有各种形状材料，表面有图形，制样范围有局限。

3、金属材料

金属材料，多为表面平整样品，也有断口等不规则样品，减薄的区域多为大面积。

4、电池材料

电池材料多为粉末，每个大颗粒会有许多小颗粒组成，形状多为球形，由于电池材料元素的原子序数较小，pt原子进入在TEM下会较为明显，建议保护层采取C保护。

5、二维材料

此类样品为单层或多层构造，如石墨烯等，电子束产生的热效应会对其造成损伤，在制备样品前须要在表面进行蒸镀碳的处理，或者提前在表面镀上保护膜。

6、地质、陶瓷材料

此类样品导电性能差、有些会涌现空洞，制备样品前须要进行喷金处理，材料较硬，制备韶光长。

7、原位芯片

用原位芯片代替铜网，将提取出来的样品固定在芯片上，进行减薄。

截面剖析

利用FIB的溅射刻蚀功能可以对样品进行定点切割，不雅观察其横截面（cross-section）表征截面描述尺寸，同时可以配备结合元素剖析（EDS）系统等，对截面身分进行剖析。
一样平常用于芯片、LED等失落效剖析领域，一样平常IC芯片加工过程中涌现问题，通过FIB可以快速定点的进行剖析毛病缘故原由，改进工艺流程，FIB系统已经成为当代集成电路工艺线上不可短缺的设备。

芯片修补与线路编辑

在IC设计中，须要对成型的集成电路的设计变动良行验证、优化和调试。
当创造问题后，须要将这些毛病部位进行修复。
目前的集成电路制程不断缩小。
线路层数也在不断增加。
利用FIB的溅射功能，可将某一处的连线断开，或利用其沉积功能，可将某处原来不相连的部分连接起来，从而改变电路连线走向，可查找、诊断电路的缺点，且可直接在芯片上改动这些缺点，降落研发本钱，加速研发进程，由于其省去了原形制备和掩模变更的韶光和用度。

微纳构造制备

FIB系统无需掩膜版，可以直接刻出或者在GIS系统下沉积出所需图形，利用FIB系统已经可以制备微纳米尺度的繁芜的功能性构造，包括纳米量子电子器件，亚波长光学构造，表面等离激元器件，光子晶体构造等。
通过合理的方法不仅可以实现二维平面图形构造，乃至可以实现繁芜三维构造图形的制备。

三维重构剖析

利用FIB对材料进行三维重构的3D成像剖析也是近年来增长速率飞快的领域。
此方法多用于材料科学、地质学、生命科学等学科。
三维重构剖析目的紧张是依赖软件掌握FIB逐层切割和SEM成像交替进行，末了通过软件进行三维重构。
FIB三维重构技能与EDS有效结合使得研究职员能够在三维空间对材料的构造描述以及身分等信息进行表征；和EBSD结合可对多晶体材料进行空间状态下的构造、取向、晶粒描述、大小、分布等信息进行表征

原子探针样品制备

原子探针( AP) 可以用来做三维成像( Atom Probe Tomography，APT) ，也可以定量剖析样品在纳米尺度下的化学身分。
要实现这一运用的一个主要条件便是要制备一个大高宽比、锐利的探针，针尖的尺寸要掌握在100 nm 旁边。
对原子探针样品的制备哀求与TEM 薄片样品很靠近方法也类似。
首先选取感兴趣的取样位置，在两边挖V 型槽，将底部切开后，再用纳米机器手将样品取出。
转移到固定样品支座上，用Pt 焊接并从大块样品割断。
连续从外到内切除外围部分形成尖锐的针尖。
末了将样品用离子束低电压进行终极抛光，肃清非晶层，和离子注入较多的区域。

离子注入

离子束注入改性研究也是FIB加工的一个根本性研究课题。
例如采取高能离子束轰击单晶硅表面，当注入量充分的时候，离子轰击将在样品表层引入空位、非晶化等离子轰击损伤。
在此过程中注入离子与材料内部有序排列的Si 原子发生碰撞并产生能量通报，使得原来呈有序排列的Si 原子无序化，在表面下形成一层非晶层。
注入的离子在碰撞过程中失落去能量，终极勾留在间隔表面一定深度的区域。

光刻掩膜版修复

在普通光学光刻中，掩膜版是图形的起源，但是经由永劫光利用，掩膜版上的图形会涌现损伤，造成光刻后的图形毛病，掩膜版造价高，如果由于掩膜版上一个小的图形毛病造玉成部掩膜版的失落效，重新制备掩膜版，本钱高。
利用FIB系统可以定点修复掩膜版的毛病，方法大略，操作大略迅速。
在透光区域的毛病修复可以利用离子沉积，选择沉积C作为掩膜版的修复材料；在遮光区域的毛病修复利用离子溅射，刻蚀掉遮光毛病。
不过利用FIB修复掩膜版最大的问题是会造成Ga离子污染，改变玻璃透光率造成残余毛病，这点可以用RIE结合洗濯的方法将有Ga离子注入的表层玻璃刻蚀去除，规复玻璃透光率。

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