聚焦离子束显微镜(FIB-SEM)材料分析

一、FIB设备型号：Zeiss Auriga Compact

聚焦离子束显微镜 (FIB-SEM)

聚焦离子束(FIB)与扫描电子显微镜(SEM)耦合成为FIB-SEM双束系统后，通过结合相应的气体沉积装置，纳米操纵仪，各种探测器及可控的样品台等附件成为一个集微区成像、加工、分析、操纵于一体的分析仪器。其应用范围也已经从半导体行业拓展至材料科学、生命科学和地质学等众多领域。为方便客户对材料进行深入的失效分析及研究，金鉴实验室现推出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。

金鉴实验室蔡司Zeiss Auriga Compact FIB-SEM技术参数：

 

AURIGA Compact 　　主机台	FESEM	FIB
分辨率	0.9nm at 30kV 　　1.2nm at 15kV and optimum WD 　　2.5nm at 1kV and optimum WD	5nm(30kV,1pA)
放大倍率	12x-1000kx	600x-500kx
束流	4pA-100nA	1Pa-20nA
加速电压	0.1-30kV	1-30kV
电子枪	肖特基热场发射型	Ga液态金属离子源(LMIS)

 

二、FIB设备型号：FEI Helios Nanolab 450S

用FIB切割样品，然后用SEM对缺陷进行定位和成像。

使用FIB可以切一样品薄片厚度（30-50nm），取出以后，然后用带有EDS/EELS探测器的TEM/STEM对其成像同时测量其化学性质。

Helios NanoLab 450S是高通量、高分辨率TEM制样、成像和分析的理想选择。

其的可翻转样品台和原位STEM探测器可以在几秒钟内从制样模式翻转到样品成像模式，且无需破真空或将样品暴露在环境中。

金鉴实验室FEI Helios Nanolab 450S FIB-SEM技术参数：

三、FIB设备型号：FEI Scios2

超高分辨率聚焦离子束扫描电子显微镜，可进行高质量样品制备和3D表征。通过将Scios 2 DualBeam的技术创新与可选配的、易使用的、全面的 Thermo Scientific AutoTEM 4软件以及赛默飞世尔科技的应用知识相结合，可快速方便地制备用于多种材料的现场高分辨率 S/TEM样品。

金鉴实验室FEI Scios2 FIB-SEM技术参数：

电子束分辨率，工作距离

? 在 30 keV (STEM) 下，为 0.7 nm

? 在 1 keV 下，为 1.4 nm

? 1 keV 时为 1.2 nm，配备电子束减速*

电子束参数空间

? 电子束电流范围 ：1 pA - 400 nA

? 实际着陆能量范围 ：20* eV - 30 keV

? 加速电压范围 ：200 V - 30 kV

灵活的5轴电动载物台

? XY 范围 ：110 mm

? Z 范围 ：65 mm

? 旋转 ：360?（无穷）

? 倾斜范围 ：-15? 至 +90?

? XY 重复性 ：3 μm

四、聚焦离子束技术（FIB）注意事项：

（1）样品大小5×5×1cm，当样品过大需切割取样。

（2）样品需导电，不导电样品必须能喷金增加导电性。

（3）切割深度必须小于10微米。

五、金鉴实验室FIB-SEM技术及应用：

1.FIB透射样品制备流程

对比与传统的电解双喷，离子减薄方式制备TEM样品，FIB可实现快速定点制样，获得高质量TEM样品。

样品制备是T EM分析技 术中非常重要的一环，但由于 电子束的穿透力很弱，因此用 于TEM的样品必须制备成厚度 约为0.1μm的超薄切片。要将 样品切割成如此薄的切片，许 多情况下需要用到FIB(Focus Ion Beam，聚焦离子束) 进 行TEM样品的制备。

最终减薄TEM样品结果：

2.材料微观截面截取与观察

SEM仅能观察材料表面信息，聚焦离子束的加入可以对材料纵向加工观察材料内部形貌，通过对膜层内部厚度监控以及对缺陷失效分析改善产品工艺，从根部解决产品失效问题。

（1）FIB切割键合线

利用FIB对键合线进行截面制样，不仅可以观察到截面晶格形貌，还可掌控镀层结构与厚度。

（2）FIB切割芯片金道

金鉴实验室FIB-SEM产品工艺异常或调整后通过FIB获取膜层剖面对各膜层检查以及厚度的测量检测工艺稳定性。

（3）FIB切割支架镀层

利用FIB切割支架镀层，避免了传统切片模式导致的金属延展、碎屑填充、厚度偏差大的弊端，高分辨率的电镜下，镀层晶格形貌、内部缺陷一览无遗。

FIB-SEM扫描电镜下观察支架镀层截面形貌，镀层界限明显、结构及晶格形貌清晰，尺寸测量准确。此款支架在常规镀镍层上方镀铜，普通制样方法极其容易忽略此层结构，轻则造成判断失误，重则造成责任纠纷，经济损失！

FIB-SEM扫描电镜下观察支架镀层截面形貌。此款支架在镀铜层下方镀有约30纳米的镍层，在FIB-SEM下依然清晰可测！内部结构、基材或镀层的晶格、镀层缺陷清晰明了，给客户和供应商解决争论焦点，减少复测次数与支出。

（4）FIB其他领域定点、图形化切割

3. 诱导沉积材料

利用电子束或离子束将金属有机气体化合物分解，从而可在样品的特定区域进行材料沉积。本系统沉积的材料为Pt，沉积的图形有点阵，直线等，利用系统沉积金属材料的功能，可对器件电路进行相应的修改，更改电路功能。

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