離子束掃描電子顯微鏡（FIB-SEM）是將聚焦離子束（FIB）技術(shù)與掃描電子顯微鏡（SEM）技術(shù)有機(jī)結(jié)合的高端設(shè)備。

什么是FIB-SEM？

FIB-SEM系統(tǒng)通過(guò)聚焦離子束（FIB）和掃描電子顯微鏡（SEM）兩種互補(bǔ)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了材料的高精度成像與加工。FIB技術(shù)利用電透鏡將液態(tài)金屬離子源產(chǎn)生的離子束加速并聚焦，作用于樣品表面，可實(shí)現(xiàn)納米級(jí)的銑削、沉積、注入和成像操作。這種技術(shù)能夠?qū)悠愤M(jìn)行精確的微觀加工，為后續(xù)的分析提供理想的樣品形態(tài)。

與此同時(shí)，SEM通過(guò)電子槍發(fā)射電子束，經(jīng)電磁透鏡加速和聚焦后與樣品相互作用，產(chǎn)生多種信號(hào)，如二次電子和背散射電子。這些信號(hào)能夠揭示樣品的物理和化學(xué)特性，包括形貌、成分和晶體結(jié)構(gòu)等。

在FIB-SEM系統(tǒng)中，SEM能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控FIB的操作過(guò)程，確保加工的精度和效果。這種協(xié)同工作模式使FIB-SEM具備了“觀察-加工-分析”的全鏈條能力。

FIB-SEM的用途

1.截面分析

截面分析是FIB-SEM的典型應(yīng)用之一。通過(guò)在樣品表面挖出一個(gè)垂直于表面的截面，研究人員可以詳細(xì)研究樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這種技術(shù)廣泛應(yīng)用于分析多層結(jié)構(gòu)的厚度、夾角和組成成分。

例如，在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，F(xiàn)IB-SEM被用于檢測(cè)光刻膠層的厚度和均勻性。隨著集成電路從中小規(guī)模向大規(guī)模、超大規(guī)模甚至系統(tǒng)級(jí)芯片發(fā)展，失效分析對(duì)技術(shù)精度的要求日益提高，而FIB-SEM憑借其納米級(jí)別的分析能力，能夠滿足這一需求。

2.FIB-TEM樣品制備

透射電子顯微鏡（TEM）是一種能夠觀察材料微觀結(jié)構(gòu)的高分辨率工具，但對(duì)樣品厚度要求極高，通常在100納米以下。然而，絕大多數(shù)固體樣品無(wú)法直接滿足TEM的要求，此時(shí)FIB-SEM的精準(zhǔn)加工能力便顯得尤為重要。

其典型步驟包括：首先在樣品的關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行保護(hù)性涂層沉積，以避免制樣過(guò)程中高能離子束引起的表面損傷；然后使用FIB技術(shù)對(duì)樣品進(jìn)行初步銑削；最后通過(guò)精細(xì)銑削將樣品厚度進(jìn)一步降低至TEM可用的標(biāo)準(zhǔn)。例如，磷酸鐵鋰正極材料經(jīng)過(guò)FIB制備后的SEM圖片顯示，通過(guò)TEM表征可以對(duì)其內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析。

結(jié)語(yǔ)

FIB-SEM作為一種高端的微觀分析與加工設(shè)備，憑借其獨(dú)特的雙束協(xié)同工作模式和強(qiáng)大的功能，在材料科學(xué)、電子工業(yè)、生命科學(xué)以及納米技術(shù)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，F(xiàn)IB-SEM將在微觀世界的研究中發(fā)揮更加重要的作用。