聚焦离子束扫描电子显微镜FIB-SEM的工作原理及其应用
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发布时间：2024-12-21 14:19
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聚焦离子束扫描电子显微镜（FIB-SEM）双束系统结合了聚焦离子束（FIB）和扫描电子显微镜（SEM）功能，成为集微区成像、处理和分析于一体、操纵为一体的分析仪器，在物理、化学、生物、新材料、农业、环境及能源等领域广泛应用。
FIB-SEM系统将FIB与传统SEM以一定角度集成于同一装置，通过旋转样品台，使试样表面与电子束或离子束垂直，实现对电子束的实时观测和对离子束的切割或微加工效果。常见系统中，电子束垂直于样品台，离子束与样品台呈一定角度。样品台旋转至52度时，离子束与样品台垂直，便于加工，电子束与样品台呈一定角度，用于观测截面内部结构。
FIB-SEM工作原理涉及液态镓（Ga）离子源的使用，Ga加热后向下流至钨针尖端，形成尖端半径约为2 nm的锥形体。Ga离子在针尖处因电场力作用电离并发射出来，通过静电透镜聚焦在样品上并进行扫描，与样品发生相互作用，收集产生的信号，实现样品的精细加工和显微分析。
FIB-SEM主要功能包括电子束成像、离子束刻蚀、气体沉积、显微切割等，用于微纳结构加工、截面分析、TEM样品制备、三维原子探针样品制备、芯片修补与线路修改、三维重构分析等。应用范围广泛，如微纳结构加工、芯片失效分析、集成电路工艺改进、TEM样品制备、三维原子探针样品制备、芯片修补、线路修改及三维重构分析等。
在微纳结构加工中，FIB系统直接刻画所需图形，适用于纳米量子电子器件、亚波长光学结构、表面等离激元器件和光子晶体结构的制备。在截面分析中，FIB溅射刻蚀功能可定点切割试样并观测横截面，结合元素分析等技术，用于芯片、LED等失效分析，提高工艺改进效率。
在TEM样品制备中，FIB系统用于制备电子透明观测区域，方法包括非提取法与提取法，确保获得优质TEM照片。在三维原子探针样品制备中，采用类似方法，将样品处理为尖锐针尖，用于分析材料结构形貌和组成信息。FIB-SEM技术在芯片修补与线路修改中，通过切断或连接连线实现线路修改，减少研发成本并加速研发进程。
三维重构分析依赖于FIB三维重构技术和软件控制，结合SEM成像，实现从三维空间中表征材料结构形貌和组成信息，与EBSD结合，可表征多晶体材料的空间状态、组织、取向、晶粒尺寸和分布信息。
