聚焦离子束(FIB)及其应用

聚焦离子束技术及其多样化应用
聚焦离子束（FIB）技术因其独特的能力，能够完成传统光学显微镜难以实现的微观操作，从而在材料科学和纳米技术领域扮演着重要角色。最早的FIB技术基于气体场电离源（GFIS），但随着时间的发展，液态金属离子源（LMIS），特别是以镓为基础的离子源，因其卓越的性能而成为主流。


镓离子源的工作原理是通过加热镓使其熔化，利用表面张力形成尖端半径极小的锥形体，即“Taylor锥”，在强电场作用下实现离子的发射。

FIB技术具备三种基本功能：成像、切割和沉积、增强刻蚀。成像功能通过样品表面的二次电子和二次离子来实现；切割功能则通过离子束与样品原子的碰撞溅射来完成；沉积功能则利用化学气体注入系统（GIS），通过在样品表面注入含金属的有机前驱物并分解，实现金属的沉积或增强刻蚀。

a成像、b切割和沉积、c增强刻蚀

在双束系统中，电子束可以实时监控离子束加工过程，保证加工质量，同时利用电子束的高分辨率进行原位观察和化学成分分析。此外，双束系统的设计考虑到了与离子束的协同工作，如更大的极靴锥角和适应大工作距离的高分辨率成像能力。


创新应用及在纳米应用的重要性
聚焦离子束（FIB）技术因其在微观尺度操作的独特能力，已成为材料科学和纳米技术研究中不可或缺的工具。FIB技术不仅能够利用电子和正离子放大信号和中和电荷，以获得高信噪比的图像，还在三维表征领域展现出其超高分辨率的优势。

双束系统的先进功能
双束系统，结合了电子束和离子束的功能，为用户提供了多功能的纳米加工平台。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。



纳米图形的制备
在纳米图形制备方面，双束技术通过电子束曝光和化学气相沉积（EBL）等方法，实现了微纳米尺度图形的快速制备。此外，利用FIB与GIS系统的结合，可以直接在样品上进行刻蚀或沉积，无需使用光刻胶，简化了传统光刻和蚀刻的复杂流程。



透射电镜样品的制备
双束系统在透射电镜（TEM）样品制备方面也展现出其优势，能够精确控制样品的位置和厚度，实现定点薄样品的快速制备。



三维表征技术的发展
三维表征技术通过FIB的连续切片和SEM成像，结合数据处理软件，能够重构样品的三维形貌、成分和晶体取向信息。这项技术在材料科学、生物学和工业领域中发挥着重要作用，为研究者提供了深入理解材料内部结构的新途径。



双束系统的发展为微纳尺度研究提供了新的视角和工具，其在科学研究和工业生产中的应用日益广泛。随着技术的不断进步，双束系统将继续拓展其在新兴领域的应用，如光学器件制造、3D纳米结构组装等，推动科学技术的发展。