为什么要用液态镓作为FIB的离子源

 

本文介绍了为什么要用液态镓作为FIB的离子源以及镓离子束是如何产生的。

什么是FIB？

FIB，全名Focused Ion Beam，聚焦离子束，在芯片制造中十分重要。主要有四大功能：结构切割，线路修改，观察，TEM制样等。

为什么用金属镓做离子源？

镓的熔点为 29.76°C，在室温稍高的条件下即为液态，这使其非常适合操作。   液态镓的蒸气压非常低（<10-13Torr），即使在高真空环境下也能保持稳定，不易挥发而污染真空腔。   表面张力高，可以稳定地形成 Taylor cone，从而精确地提取离子。   亮度高，束斑尺寸小，通常小于10nm，加工精度高。  

镓离子束是如何产生的？

  如上图，液态镓存储在储存器（Ga Reservoir）中，通过线圈（heater wires）加热，使镓保持液态。液态镓通过毛细作用流向钨针尖（W needle） 的表面，在钨针尖和提取电极之间施加数十千伏的强电场，电场会集中在针尖处，使液态镓受到电场力拉伸。   液态镓在电场的作用下被拉伸成一个非常小的曲率半径的锥形（Taylor cone），在Taylor cone的尖端，液态镓的原子被强电场游离，形成镓离子，离子以初始发射角约为50°的角度射出，经过下游的电磁透镜聚焦，最终形成一个高亮度、高精度的高斯分布束斑（Gaussian Profile），即聚焦离子束。