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每天学一点：FIB聚焦离子束

来源：本站时间：2022-09-23 20:56:16 浏览：13560次

FIB基础知识

FIB即聚焦离子束，具有两大功能，一是将液态金属离子源产生的离子束经加速、聚焦后用于轰击样品表面，使之产生二次电子信号以获得样品表面的电子像（类似于SEM）；二是利用强电流离子束对表面原子进行剥离，以完成微、纳级别表面形貌加工。若在物理溅射的方式上搭配化学气体反应系统，则可实现有选择性的剥离金属，氧化硅层或沉积金属层。

FIB的原理示意图及双束系统FIB的工作示意图

样品和电子束、离子束的几何学关系示意图

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活动时间：2022年10月19日——2022年10月28日

FIB的三大工作模式分别为：a成像、b切割、c沉积/增强刻蚀,见下图。

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FIB的应用

在双束系统中，可以在离子束加工的同时，利用电子束实时监控加工的全过程。利用电子束成像分辨率高的特点（可达0.7nm），原位观察样品截面和表面信息；利用电子束激发的特征X射线，对样品的截面和表面进行化学成分分析。利用电子束产生的背散射电子直接进行晶体取向分析。

（1）形貌和成分分析：FIB可以对纳米颗粒材料表面进行形貌观察，还可以精准的切出横截面，结合能谱即可对颗粒截面成分进行分析。

通过FIB实现对微球材料的表面、截面形貌和EDS线扫分析

（2）制备TEM、3DAP、EBSD样品：FIB因其样品制备精度高、速度快已经成为特殊样品制备、精细结构加工的重要方法。其中制备TEM截面样品就是其中重要用途。FIB制备的TEM样品厚度在100nm以下，且成功率很高，所以经常用来制备薄膜、陶瓷等块体的TEM样品。此外，电子束无法穿透的微米级颗粒，也可用FIB制备一个薄截面样品再进行TEM测试。

制备TEM样品步骤：a定位需加工区域；b取出切断样品；c移动并传输到TEM专用铜网上；d最终减薄

制备好TEM薄片样品可以固定在专用铜网做红色标记的位置。

专用铜网示意图

FIB制备原子探针样品

（3）微纳图形制备：采用电子束在光刻胶上曝光（EBL），然后刻蚀获得所需图形，或用用聚焦离子束直接刻出或在与气体注入系统（GIS）结合后沉积出所需图形，或用户利用专业软件设计好图形，在双束粒可直接识别这些图形并自动加工完成。

FIB加工的测试狗LOGO

利用离子束沉积的铂金（Pt）弹簧

FIB-Pt沉积出的探针GaN NW 设备的SEM图像及I-Beam 图像

FIB刻蚀不同间距Poly-Si上面的纳米光栅结构

（4）三维表征技术（FIB-HIM）：在扫描电镜中可以获得观察区域的表面形貌、化学成分、晶体取向等信息。三维重构（3D）允许从各个角度观察样品，尤其当样品中有一些网络结构，不同的相交织在一起，利用FIB三维成像可将它们内部的网络结构清晰的表征出来，甚至重构样品里小缺陷（<100nm）的三维形状和尺寸。