聚焦离子束扫描电镜双束系统在材料研究中的应用

材料科学领域的应用

随着纳米技术的发展，对材料微观结构的精确加工需求日益增长。聚焦离子束（FIB）结合扫描电子显微镜（SEM）的双束系统，以其在微观尺度上的高精度加工和实时观察能力，成为纳米器件制造和纳米结构加工的关键技术。FIB技术在微纳米加工、集成电路修复和材料科学研究等多个领域发挥着重要作用。

图1 聚焦离子束扫描电镜中离子束系统结构示意图

FIB双束系统的组成与原理

FIB双束系统由离子源、静电透镜、偏转装置等组成，如图1所示。系统利用强电场从液态金属离子源（如镓）中抽取离子，通过透镜和光阑聚焦成束，作用于样品以实现刻蚀或切割。同时，二次电子和二次离子的收集可用于生成显微图像。样品室配备可调样品台，以实现多角度分析和加工。

FIB双束系统在材料研究中的应用

1.离子束精密刻蚀加工

FIB刻蚀技术包括物理刻蚀和反应刻蚀两种方式。高能离子束与样品相互作用，通过溅射实现材料的微区去除。此外，利用特定气体与样品的化学反应，可进行选择性或增强型刻蚀，提高材料加工的选择性和侧壁垂直度。

2.样品剖面观察

传统剖面制备方法在特定或微小区域观察时存在局限。FIB双束系统通过SEM定位和离子束刻蚀，可快速准确地加工出清晰的材料断面。

3.透射电镜样品制备

FIB双束系统可制备厚度在100nm以下的透射电镜样品。通过离子束或电子束沉积保护层，切割出薄片，使用微操作机械手提取并粘结在铜网上，最终减薄至所需厚度。

为方便客户对材料进行深入的失效分析及研究，金鉴实验室具备Dual Beam FIB-SEM业务，并介绍Dual Beam FIB-SEM在材料科学领域的一些典型应用，包括透射电镜( TEM)样品制备，材料微观截面截取与观察、样品微观刻蚀与沉积以及材料三维成像及分析等。

FIB的其他应用

FIB不仅可用于样品表面成像，还能反映材料表层的详细信息。此外，FIB的刻蚀和沉积功能在半导体集成电路修复和电子束曝光等领域也有应用。