聚焦離子束技術(shù)

聚焦離子束（Focused Ion Beam，簡(jiǎn)稱 FIB）技術(shù)作為一種前沿的納米級(jí)加工與分析手段，近年來(lái)在眾多領(lǐng)域嶄露頭角。它巧妙地融合了離子束技術(shù)與掃描電子顯微鏡（SEM）技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，憑借其獨(dú)特的原理、廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景以及顯著的優(yōu)勢(shì)，成為現(xiàn)代科學(xué)研究與工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的重要工具。

聚焦離子束系統(tǒng)的核心在于其獨(dú)特的離子束生成與聚焦機(jī)制。

該系統(tǒng)以鎵離子源為基礎(chǔ)，通過(guò)雙透鏡聚焦柱將鎵離子束聚焦至極小尺寸，進(jìn)而利用高能量的聚焦離子束轟擊樣品表面，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的精密去除、沉積以及高分辨率成像。

具體而言，鎵元素首先被離子化為Ga+離子，隨后在電場(chǎng)的作用下被加速，并借助靜電透鏡的聚焦作用，將高能量的Ga+離子精準(zhǔn)地投射到樣品的指定位置，從而完成對(duì)樣品的加工處理。這種技術(shù)巧妙地將FIB處理樣品的功能與SEM觀察成像的功能相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了加工與觀察的無(wú)縫銜接，為納米尺度下的材料研究與制造提供了有力的技術(shù)支持。

FIB-SEM雙束系統(tǒng)及其應(yīng)用

聚焦離子束與掃描電子顯微鏡的雙束系統(tǒng)（FIB-SEM）是聚焦離子束技術(shù)的重要應(yīng)用形式之一。該系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于多種材料的分析與研究，包括光電材料、半導(dǎo)體材料、鍍膜材料、金屬材料、礦石、納米材料、高分子材料、鋰電材料、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、生物材料以及通訊行業(yè)等眾多領(lǐng)域。

FIB切片截面分析

FIB技術(shù)在截面分析方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，利用FIB技術(shù)能夠精確地對(duì)器件的特定微區(qū)進(jìn)行截面觀測(cè)，并生成高分辨率的清晰圖像。我們?yōu)榭蛻籼峁┑?a target="_blank">高精度截面分析服務(wù)，特別適用于微電子領(lǐng)域，能夠有效幫助客戶定點(diǎn)觀測(cè)芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，分析光發(fā)射定位熱點(diǎn)的截面結(jié)構(gòu)缺陷等，確保材料的質(zhì)量和性能。

FIB制備TEM樣品過(guò)程

鉑保護(hù)層沉積（Platinum deposition）：

采用電子束或離子束輔助沉積的方法，在待制備TEM試樣的表面蒸鍍一層鉑保護(hù)覆層。這層保護(hù)覆層的作用在于防止最終的TEM試樣在后續(xù)加工過(guò)程中受到Ga離子束的輻照損傷，從而確保樣品的完整性和分析的準(zhǔn)確性。

粗加工（Bulk-out）：

在待制備的TEM試樣兩側(cè)，利用較大的離子束流快速挖取“V”型凹坑，為后續(xù)的薄片切割提供初步的形狀基礎(chǔ)。這一步驟的關(guān)鍵在于快速去除多余材料，同時(shí)盡量減少對(duì)目標(biāo)區(qū)域的影響。

U型切割（U-cut）：

在粗加工的基礎(chǔ)上，對(duì)TEM薄片的兩端和底部進(jìn)行切除，形成一個(gè)較為規(guī)則的薄片形狀。這一步驟需要精確控制離子束的參數(shù)，以確保薄片的厚度和形狀符合要求。

取出（Lift-out）：

使用顯微操控針將TEM試樣從塊狀基體中移出，并通過(guò)蒸鍍鉑的方式將試樣與針粘結(jié)在一起。這一步驟需要極高的操作精度，以避免樣品在轉(zhuǎn)移過(guò)程中受損。

安裝（Mount on Cu half-grid）：

將移出的TEM薄片轉(zhuǎn)移到預(yù)先準(zhǔn)備好的TEM支架上，并進(jìn)行粘接固定。這一步驟需要確保薄片與支架之間的良好接觸，以便于后續(xù)的分析工作。

最終減薄（Final milling）：

利用較小的離子束流對(duì)TEM薄片進(jìn)行進(jìn)一步減薄，直至其厚度達(dá)到約100納米左右。這一步驟是制備TEM樣品的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要精確控制離子束的能量和束流大小，以確保薄片的厚度均勻且滿足TEM分析的要求。

實(shí)用案例分享

1.切割支架鍍層

利用FIB切割支架鍍層，避免了傳統(tǒng)切片模式導(dǎo)致的金屬延展、碎屑填充、厚度偏差大的弊端，高分辨率的電鏡下，鍍層晶格形貌、內(nèi)部缺陷一覽無(wú)遺。

FIB-SEM掃描電鏡下觀察支架鍍層截面形貌，鍍層界限明顯、結(jié)構(gòu)及晶格形貌清晰，尺寸測(cè)量準(zhǔn)確。此款支架在常規(guī)鍍鎳層上方鍍銅，普通制樣方法極其容易忽略此層結(jié)構(gòu)，輕則造成判斷失誤，重則造成責(zé)任糾紛，經(jīng)濟(jì)損失！

利用FIB-SEM掃描電鏡下觀察支架鍍層截面形貌。此款支架在鍍銅層下方鍍有約30納米的鎳層，在FIB-SEM下依然清晰可測(cè)！內(nèi)部結(jié)構(gòu)、基材或鍍層的晶格、鍍層缺陷清晰明了，給客戶和供應(yīng)商解決爭(zhēng)論焦點(diǎn)，減少?gòu)?fù)測(cè)次數(shù)與支出。

2.微米級(jí)缺陷樣品FIB-SEM截面測(cè)試

對(duì)于微米級(jí)缺陷樣品的分析，F(xiàn)IB-SEM技術(shù)同樣能夠發(fā)揮重要作用。通過(guò)對(duì)樣品進(jìn)行精確的截面切割和觀察，可以清晰地展示缺陷的位置和形態(tài)，為缺陷的成因分析和改進(jìn)措施的制定提供重要依據(jù)。

3.PCB電路斷裂位置分析

在電子電路領(lǐng)域，F(xiàn)IB-SEM技術(shù)可用于分析PCB電路的斷裂位置。通過(guò)FIB切割PCB電路的截面，并利用SEM觀察銅箔的金相結(jié)構(gòu)，可以精確地定位斷裂位置，并分析斷裂的原因。這種分析方法對(duì)于提高PCB電路的可靠性和性能具有重要意義。

4.錫球截面分析

FIB技術(shù)還可用于切割錫球的截面，并對(duì)其進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)錫球截面的觀察，可以了解錫球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和成分分布，為錫球的質(zhì)量控制和性能優(yōu)化提供重要參考。