聚焦离子束(Focused Ion Beam, FIB)技术是一种先进的显微加工工具,它通过电透镜系统将离子束聚焦成极细的尺寸,实现微米甚至纳米级别的精密加工。FIB系统的核心在于其离子源,通常采用的是液相金属离子源,其中镓(Ga)因其低熔点、低蒸气压和优异的抗氧化性能而被广泛使用作为金属材质。商用FIB系统由多个关键部分组成,包括:
1.液相金属离子源:作为产生离子的源头,通常使用镓元素。
2.电透镜:用于将离子束聚焦成细小尺寸的精密仪器。
3.扫描电极:控制离子束在样品表面的扫描路径。
4.二次粒子探测器:检测由离子束与样品相互作用产生的信号。
5.试样基座:具有5至6轴向移动能力,以实现精确定位。
6.真空系统:保证离子束不受空气分子的干扰。
7.抗振动和磁场装置:确保系统在稳定环境下运行。
8.电子控制面板和计算机:用于操作和控制整个FIB系统。
在FIB系统中,通过在液相金属离子源上施加电场(Suppressor),可以使液态镓形成细小的尖端。随后,通过负电场(Extractor)牵引尖端的镓,形成镓离子束。这些离子束经过电透镜聚焦,并可通过一系列变化孔径来调节离子束的大小。最终,离子束经过二次聚焦作用于样品表面,通过物理碰撞实现切割或蚀刻。
FIB技术因其高精度和多功能性,在半导体制造、材料科学、纳米技术以及生命科学等领域有着广泛的应用,是现代精密工程不可或缺的工具之一。
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透射电镜和扫描透射电镜样品都需要制备非常薄的样品,这样电子才能穿透样品,形成电子衍射图像。常规TEM样品制备方法主要以机械切片研磨为主,采用此法仅能对大范围样品进行解析。使用聚焦离子束,则可观察到试样的某个局部切片。如同切割横截面一样,TEM样品的制备也是从正面和背面用聚焦离子束进行处理,最终中间留一薄区做TEM观测样品。如下图,TEM制样流程如下。
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