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每天學一點：FIB聚焦離子束

來源：本站時間：2022-09-23 20:56:16 瀏覽：16265次

FIB基礎知識

FIB即聚焦離子束，具有兩大功能，一是將液態金屬離子源產生的離子束經加速、聚焦后用于轟擊樣品表面，使之產生二次電子信號以獲得樣品表面的電子像（類似于SEM）；二是利用強電流離子束對表面原子進行剝離，以完成微、納級別表面形貌加工。若在物理濺射的方式上搭配化學氣體反應系統，則可實現有選擇性的剝離金屬，氧化硅層或沉積金屬層。

FIB的原理示意圖及雙束系統FIB的工作示意圖

樣品和電子束、離子束的幾何學關系示意圖

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活動時間：2022年10月19日——2022年10月28日

FIB的三大工作模式分別為：a成像、b切割、c沉積/增強刻蝕,見下圖。

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FIB的應用

在雙束系統中，可以在離子束加工的同時，利用電子束實時監控加工的全過程。利用電子束成像分辨率高的特點（可達0.7nm），原位觀察樣品截面和表面信息；利用電子束激發的特征X射線，對樣品的截面和表面進行化學成分分析。利用電子束產生的背散射電子直接進行晶體取向分析。

（1）形貌和成分分析：FIB可以對納米顆粒材料表面進行形貌觀察，還可以精準的切出橫截面，結合能譜即可對顆粒截面成分進行分析。

通過FIB實現對微球材料的表面、截面形貌和EDS線掃分析

（2）制備TEM、3DAP、EBSD樣品：FIB因其樣品制備精度高、速度快已經成為特殊樣品制備、精細結構加工的重要方法。其中制備TEM截面樣品就是其中重要用途。FIB制備的TEM樣品厚度在100nm以下，且成功率很高，所以經常用來制備薄膜、陶瓷等塊體的TEM樣品。此外，電子束無法穿透的微米級顆粒，也可用FIB制備一個薄截面樣品再進行TEM測試。

制備TEM樣品步驟：a定位需加工區域；b取出切斷樣品；c移動并傳輸到TEM專用銅網上；d最終減薄

制備好TEM薄片樣品可以固定在專用銅網做紅色標記的位置。

專用銅網示意圖

FIB制備原子探針樣品

（3）微納圖形制備：采用電子束在光刻膠上曝光（EBL），然后刻蝕獲得所需圖形，或用用聚焦離子束直接刻出或在與氣體注入系統（GIS）結合后沉積出所需圖形，或用戶利用專業軟件設計好圖形，在雙束粒可直接識別這些圖形并自動加工完成。

FIB加工的測試狗LOGO

利用離子束沉積的鉑金（Pt）彈簧

FIB-Pt沉積出的探針GaN NW 設備的SEM圖像及I-Beam 圖像

FIB刻蝕不同間距Poly-Si上面的納米光柵結構

（4）三維表征技術（FIB-HIM）：在掃描電鏡中可以獲得觀察區域的表面形貌、化學成分、晶體取向等信息。三維重構（3D）允許從各個角度觀察樣品，尤其當樣品中有一些網絡結構，不同的相交織在一起，利用FIB三維成像可將它們內部的網絡結構清晰的表征出來，甚至重構樣品里小缺陷（<100nm）的三維形狀和尺寸。