近年来,聚焦离子束(Focused Ion Beam,FIB)技术作为一种新型的微分析和微加工技术,在元器件可靠性领域得到了广泛应用,为提高元器件的可靠性提供了重要的技术支持。

元器件可靠性的重要性


目前,国内外元器件级可靠性质量保证技术主要包括元器件补充筛选试验、破坏性物理分析(DPA)、结构分析(CA)、失效分析(FA)以及应用验证等。其中,结构分析是近年来逐渐推广的新型技术,它可以从材料和生产工艺等方面对元器件进行深入分析,为元器件的可靠性提供重要保障。

聚焦离子束技术及其原理


聚焦离子束技术是一种基于离子束加工和分析的先进技术。其核心原理是利用液相金属离子源(LMIS)产生的镓(Gallium,Ga)离子束,在外加电场的作用下,通过聚焦和调节离子束的大小和能量,对样品进行微纳米级的加工和分析。FIB技术不仅可以实现材料的微分析,还能用于透射电子显微镜(TEM)样品的制备和纳米器件的加工。

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双束FIB系统由扫描电子显微镜(SEM)和聚焦离子束两部分组成。与传统的单束FIB相比,双束FIB增加了扫描电子显微镜功能,能够在加工后及时观察样品,并对失效器件进行原位分析。

可靠性中的应用


1.原位失效分析

FIB技术在失效分析中的应用是其最为重要的功能之一。通过扫描电子显微镜对样品进行高分辨率表征和精确定位,FIB可以定点加工出光滑的截面,从而实现对失效点的原位观察和分析。与传统的失效分析技术相比,FIB技术能够提供更为精确的失效部位信息,帮助工程师快速定位问题并采取相应的改进措施。

2.TEM样品制备

在材料微分析领域,TEM样品的制备是研究材料微观结构和性能的重要手段。传统的TEM样品制备技术主要依赖于机械研磨抛光和离子减薄技术,但这种方法存在诸多局限性,如样品表面易受污染、制备重复性低、难以加工脆性材料以及制备时间长等。

3.纳米器件加工

FIB技术不仅在分析领域表现出色,还在纳米器件加工中展现出了巨大的潜力。作为一种新型的微加工技术,FIB能够实现高精度的纳米结构加工,为新型纳米器件的研发提供了有力支持。

FIB技术的优势



FIB技术在航天元器件可靠性领域具有显著的优势。首先,它能够实现失效样品的原位观察和分析,定位精确且不会引入新的失效模式。其次,FIB技术在TEM样品制备中表现出色,具有高效、低污染和高重复性等优点。