聚焦离子束显微镜（FIB）：原理揭秘与应用实例

工作原理

 

聚焦离子束显微镜的原理是通过将离子束聚焦到纳米尺度，并探测离子与样品之间的相互作用来实现成像。离子束可以是氩离子、镓离子等，在加速电压的作用下，形成高能离子束。通过使用电场透镜系统，离子束可以被聚焦到非常小的尺寸，从而实现很高的空间分辨率。

 

FIB（聚焦离子束）是将液态金属（大多数FIB都用Ga，也有设备具有He和Ne离子源）离子源产生的离子束经过离子枪加速，聚焦后照射于样品表面产生二次电子信号取得电子像，或用强电流离子束对表面原子进行剥离，以完成微、纳米级表面形貌加工。通常是以物理溅射的方式搭配化学气体反应，有选择性地剥除金属、氧化硅层或沉积金属层。

成像与加工

 

在成像方面，聚焦离子束显微镜和扫描电子显微镜的原理比较相近，其中离子束显微镜的试片表面受镓离子扫描撞击而激发出的二次电子和二次离子是影像的来源。影像的分辨率决定于离子束的大小与畸变修正、带电离子的加速电压、二次离子讯号的强度、试片接地的状况、与仪器抗振动和磁场的状况。金鉴实验室提供的FIB成像服务，能够为客户的材料分析提供了强有力的支持，帮助客户更好地理解材料的微观特性。

基本功能

 

1.定点切割（Precisional Cutting）

利用离子的物理碰撞来达到切割之目的。广泛应用于集成电路（IC）和LCD的Cross Section加工和分析。

2.选择性的材料蒸镀（Selective Deposition）

以离子束的能量分解有机金属蒸气或气相绝缘材料，在局部区域作导体或非导体的沉积，可提供金属和氧化层的沉积，常见的金属沉积有铂和钨二种。

3.强化性蚀刻或选择性蚀刻（Enhanced Etching-Iodine/Selective Etching-XeF2）

辅以腐蚀性气体，加速切割的效率或作选择性的材料去除。

4.蚀刻终点侦测（End Point Detection）

侦测二次离子的讯号，藉以了解切割或蚀刻的进行状况。

应用哪些领域

 

1.材料科学：微观结构的精准剖析

在材料科学领域，聚焦离子束显微镜（FIB）已成为一种不可或缺的工具。

2.半导体制造：纳米加工与修复的关键利器

在半导体制造行业，聚焦离子束技术（FIB）发挥着至关重要的作用。它可以用于芯片的修复、断面制备以及探针修饰等关键工艺环节。通过精准的刻蚀和沉积离子束操作，FIB能够实现纳米级别的结构加工与修复，从而有效提升芯片的性能和可靠性。这种高精度的加工能力是确保半导体器件高质量生产的重要保障，对于推动半导体技术的发展具有深远意义。

3.生物医学：微观世界的探索与应用

在生物医学领域，聚焦离子束显微镜同样展现出巨大的应用潜力。它可以对细胞和组织进行三维成像，清晰地揭示生物样品的微观结构和形态特征。此外，FIB还可用于生物样品的切片制备以及纳米级别的修饰，为生物学研究提供了高效、精准的工具。这些功能不仅有助于科学家深入探索生物体的微观世界，也为疾病的诊断和治疗研究提供了新的思路和方法。