統(tǒng)及原理

雙束聚焦離子束系統(tǒng)可簡(jiǎn)單地理解為是單束聚焦離子束和普通SEM之間的耦合。

單束聚焦離子束系統(tǒng)包括離子源，離子光學(xué)柱，束描畫(huà)系統(tǒng)，信號(hào)采集系統(tǒng)，樣品臺(tái)五大部分。

離子束鏡筒頂部為離子源，離子源上施加強(qiáng)大電場(chǎng)提取帶正電荷離子，經(jīng)靜電透鏡和偏轉(zhuǎn)裝置聚焦并偏轉(zhuǎn)后實(shí)現(xiàn)樣品可控掃描。樣品加工采用加速離子轟擊試樣使表面原子濺射的方法進(jìn)行，而生成的二次電子及二次離子則由對(duì)應(yīng)探測(cè)器進(jìn)行采集及成像。

常用的雙束設(shè)備有電子束豎直安裝和離子束和電子束呈一定角度安裝兩種，見(jiàn)附圖。人們常把電子束與離子束在焦平面上的交線稱為共心高度位置。使用時(shí)試樣位于共心高度位置既可實(shí)現(xiàn)電子束成像，又可進(jìn)行離子束處理，且可通過(guò)試樣臺(tái)傾轉(zhuǎn)將試樣表面垂直于電子束或者離子束。

典型離子束顯微鏡主要由液態(tài)金屬離子源和離子引出極，預(yù)聚焦極，聚焦極使用高壓電源，電對(duì)中，消像散電子透鏡，掃描線圈等組成、二次粒子檢測(cè)器，活動(dòng)樣品基座，真空系統(tǒng)，抗振動(dòng)及磁場(chǎng)設(shè)備，電路控制板，電腦等硬件設(shè)備，如圖所示：

通過(guò)電透鏡聚焦和可變孔徑光闌的調(diào)節(jié)，可以控制離子束的大小，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品表面的精確加工。在一般工作電壓下，尖端電流密度約為10^-4A/cm^2，離子束到達(dá)樣品表面的束斑直徑可達(dá)到7納米。

常用的TEM制樣

1、半導(dǎo)體薄膜材料

此類樣品多為在平整的襯底上生長(zhǎng)的薄膜材料，多數(shù)為多層膜（每層為不同材料），極少數(shù)為單層材料。多數(shù)的厚度范圍是幾納米-幾百納米。制備樣品是選用的位置較多，無(wú)固定局限。

2、半導(dǎo)體器件材料

此類樣品多為在平整的襯底上生長(zhǎng)的有各種形狀材料，表面有圖形，制樣范圍有局限。

3、金屬材料

金屬材料，多為表面平整樣品，也有斷口等不規(guī)則樣品，減薄的區(qū)域多為大面積。

4、電池材料

電池材料多為粉末，每個(gè)大顆粒會(huì)有許多小顆粒組成，形狀多為球形，由于電池材料元素的原子序數(shù)較小，pt原子進(jìn)入在TEM下會(huì)較為明顯，建議保護(hù)層采用C保護(hù)。

5、二維材料

此類樣品為單層或多層結(jié)構(gòu)，如石墨烯等，電子束產(chǎn)生的熱效應(yīng)會(huì)對(duì)其造成損傷，在制備樣品前需要在表面進(jìn)行蒸鍍碳的處理，或者提前在表面鍍上保護(hù)膜。

6、地質(zhì)、陶瓷材料

此類樣品導(dǎo)電性能差、有些會(huì)出現(xiàn)空洞，制備樣品前需要進(jìn)行噴金處理，材料較硬，制備時(shí)間長(zhǎng)。

7、原位芯片

用原位芯片代替銅網(wǎng)，將提取出來(lái)的樣品固定在芯片上，進(jìn)行減薄。

截面分析

應(yīng)用FIB濺射刻蝕功能可定點(diǎn)切割試樣并觀測(cè)橫截面（cross-section）來(lái)表征截面形貌大小，還可配備與元素分析（EDS）等相結(jié)合的體系來(lái)分析截面成分。

芯片修補(bǔ)與線路編輯

IC設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)所形成集成電路進(jìn)行設(shè)計(jì)變更驗(yàn)證，優(yōu)化與調(diào)試。在檢測(cè)出問(wèn)題之后，對(duì)這些缺陷的部位需進(jìn)行維修。現(xiàn)有集成電路制程正在縮減。線路層數(shù)亦越來(lái)越多。應(yīng)用FIB中濺射功能可以使某處連線切斷，也可以用它的沉積功能使某地原先沒(méi)有連接的地方連接在一起，使電路連線的方向發(fā)生了變化，可以找到、診斷電路是否存在誤差，并能直接對(duì)芯片中的這些誤差進(jìn)行校正，減少研發(fā)成本并加快研發(fā)進(jìn)程，由于它節(jié)省原形制備及掩模變更所需的時(shí)間及成本。

微納結(jié)構(gòu)制備

FIB系統(tǒng)不需要掩膜版就能直接刻畫(huà)出或沉積到GIS系統(tǒng)下所需要的圖形，使用FIB系統(tǒng)已能夠在微納米尺度上制備復(fù)雜功能性結(jié)構(gòu)，內(nèi)容涉及納米量子電子器件、亞波長(zhǎng)光學(xué)結(jié)構(gòu)、表面等離激元器件和光子晶體結(jié)構(gòu)。采用合理方法，不但能實(shí)現(xiàn)二維平面圖形結(jié)構(gòu)的繪制，而且即使在復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)中也能進(jìn)行繪制。

三維重構(gòu)分析

三維重構(gòu)分析目的主要是依靠軟件控制FIB逐層切割和SEM成像交替進(jìn)行，最后通過(guò)軟件進(jìn)行三維重構(gòu)。FIB三維重構(gòu)技術(shù)與EDS有效結(jié)合使得研究人員能夠在三維空間對(duì)材料的結(jié)構(gòu)形貌以及成分等信息進(jìn)行表征；和EBSD結(jié)合可對(duì)多晶體材料進(jìn)行空間狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)、取向、晶粒形貌、大小、分布等信息進(jìn)行表征。