双束聚焦离子束(FIB)系统概述

双束聚焦离子束(FIB)系统是一种集成了单束聚焦离子束和扫描电子显微镜(SEM)功能的高精度微纳加工技术。这种系统通过精确控制离子束与样品的相互作用，实现了对材料的微观加工和分析。

FIB系统的核心组成部分包括离子源、离子光学系统、束描画系统、信号采集系统以及样品台。离子源产生带正电的离子，这些离子在静电透镜和偏转装置的作用下被聚焦并偏转，以实现对样品表面的精确扫描。样品加工过程中，加速的离子轰击样品表面，导致表面原子溅射，同时产生的二次电子和二次离子被探测器采集并用于成像。

设备布局与操作

双束FIB设备的设计通常有两种布局：一种是电子束竖直安装，另一种是离子束和电子束呈一定角度安装。在操作过程中，样品被放置在共心高度位置，这样可以同时进行电子束成像和离子束处理。样品台的倾转功能允许样品表面垂直于电子束或离子束，以适应不同的加工需求。

离子束显微镜的组件

离子束显微镜的关键组件包括液态金属离子源、离子引出极、预聚焦极、聚焦极、消像散电子透镜、扫描线圈、二次粒子检测器、活动样品基座、真空系统、抗振动及磁场设备、电路控制板和电脑等。

液态金属离子源在外加电场的作用下形成细小尖端，导出离子束。通过电透镜聚焦和可变孔径光阑的调节，可以控制离子束的大小，进而实现对样品表面的精确加工。在一般工作电压下，尖端电流密度约为10^-4A/cm^2，离子束到达样品表面的束斑直径可达到7纳米。

FIB系统的应用领域

1.透射电子显微镜(TEM)样品制备：适用于半导体薄膜、器件、金属材料、电池材料、二维材料、地质和陶瓷材料等。制备样品时，需要根据材料的特性选择合适的位置和方法。

2.截面分析：利用FIB溅射刻蚀功能，能够对芯片、LED等进行横截面观测和成分分析，结合元素分析(EDS)技术，提供精准的材料成分信息。

3.芯片修补与线路编辑：在集成电路设计验证和缺陷修复中，FIB技术可以对特定区域进行精确的切割或沉积，实现电路的修改。

4.微纳结构制备：FIB系统能够在微纳米尺度上制备复杂的功能性结构，如纳米量子电子器件、亚波长光学结构等。

5.三维重构分析：通过逐层切割和成像，结合软件处理，实现材料的三维结构和成分分析。

6.原子探针样品制备：用于原子探针断层扫描(APT)和纳米尺度化学成分分析，需要制备大高宽比、锐利的探针。

7.离子注入：用于材料表面改性，如通过高能离子束注入单晶硅表面，改变其物理性质。

8.光刻掩膜版修复：FIB系统可以修复掩膜版上的微小缺陷，延长其使用寿命，减少成本。