第四章+聚焦离子束的应用-2016
聚焦离子束加工技术及其应用
聚焦离子束加工技术及其应用摘要：。
聚焦离子束(FIB)技术是把离子束斑聚焦到亚微米甚至纳米级尺寸，通过偏转系统实现微细束加工的新技术。
文章简述了聚焦离子束工作原理和应用前景等。
关键词：聚焦离子束、刻蚀1．聚焦离子束简介聚焦离子束(focused ion beam，FIB)与聚焦电子束从本质上讲是一样的，都是带电粒子经过电磁场聚焦形成细束。
但聚焦电子束不同于聚焦离子束。
区别在于它们的质量，最轻的离子为氢离子也是电子质量的1 840倍。
离子束不但可以像电子束那样用来曝光，而且重质量的离子也可以直接将固体表面的原子溅射剥离，因此聚焦离子束更广泛地作为一种直接微纳米加工工具。
离子束的应用已经有近百年的历史。
自1910年Thomson建立了气体放电型离子源后，离子束技术主要应用于物质分析、同位素分离与材料改性。
由于早期的等离子体放电式离子源均属于大面积离子源，很难获得微细离子束。
真正的聚焦离子束始于液态金属离子源的出现。
1975年美国阿贡国家实验室开发出液态金属离子源(LMIS)，1978年美国加州休斯研究所的R．L．Seliger等人建立了第一台装有Ga LMIS的FIB系统，其束斑直径仅为100nm(目前已可获得只有5nm的束斑直径)。
电流密度为1．5A／cm ，亮度达3．3×10。
A／(cm2．sr)。
这给进行亚微米JJnq-器件的研究极大的鼓舞。
聚焦离子束(FIB)技术就是在电场及磁场的作用下，将离子束聚焦列亚微米甚至纳米量级，通过偏转系统和加速系统控制离子束，实现微细图形的检测分析和纳米结构的无掩模加工。
FIB技术经过不断发展，离子束已可以在几个平方微米到近lmm 的区域内进行数字光栅扫描，可以实现：①通过微通道极或通道电子倍增器收集二次带电粒子来采集图像。
②通过高能或化学增强溅射来去除不想要的材料。
③淀积金属、碳或类电介质薄膜的亚微米图形。
FIB技术已在掩膜修复、电路修正、失效分析、透射电子显微镜(TEM)试样制作及三维结构直写等多方面获得应用。
聚焦离子束实验报告
聚焦离子束实验报告一、实验目的本实验旨在学习和掌握聚焦离子束（Focused Ion Beam, FIB）的工作原理及操作方法，通过观察和分析实验结果，加深对离子束物理的理解。
二、实验原理聚焦离子束（FIB）是一种将离子束聚焦到微米甚至纳米级别的技术，它具有高能量密度、高精度和高分辨率的特点。
FIB系统主要由离子源、离子光学系统、扫描电极和真空腔组成。
其中，离子源产生的离子束经过离子光学系统的聚焦和校准，最终在扫描电极上形成聚焦点。
三、实验步骤1、样品准备：选择具有代表性的材料或结构作为实验对象，本实验选用硅基底上的金属薄膜。
2、样品清洗：使用有机溶剂和去离子水清洗样品，去除表面的污垢和杂质。
3、样品安装：将清洗后的样品放入FIB系统的样品室，确保样品固定牢固。
4、FIB系统校准：使用校准靶对FIB系统进行校准，确保离子束的聚焦精度。
5、离子束照射：设定合适的电压和电流，将离子束聚焦到样品表面，观察并记录实验现象。
6、数据分析：通过对实验结果的观察和分析，得出结论。
四、实验结果及分析1、硅基底上的金属薄膜经过离子束照射后，表面出现明显的凹坑和凸起，表明离子束具有较高的能量密度和侵蚀性。
2、随着离子束电流的增加，照射区域的形貌变化更加明显，说明离子束的刻蚀能力与电流成正比。
3、通过对比不同材料在相同条件下的刻蚀效果，发现材料的刻蚀速率与材料的力学、物理性能有关。
五、结论本实验通过聚焦离子束技术对硅基底上的金属薄膜进行照射，观察并分析了离子束的刻蚀效果。
结果表明，聚焦离子束具有高能量密度和侵蚀性，可以用于微纳结构的加工和材料的形貌分析。
同时，材料的刻蚀速率与材料的力学、物理性能有关，这为进一步研究材料在离子束作用下的行为提供了依据。
六、实验建议与展望1、在本次实验中，我们发现聚焦离子束技术在材料科学、微纳制造等领域具有广泛的应用前景。
为了更好地掌握这一技术，建议在后续实验中进一步探讨不同材料在不同条件下的刻蚀行为。
聚焦离子束
聚焦离子束今天，离子束的研究正在广泛应用于许多不同领域，其中最值得关注的是其穿过物体表面时所产生的聚焦作用。
离子束被用于侦察、分析、检测和修复物体表面，从而为科学研究提供了新的机遇。
离子束是由一种带正电荷的受离子化活性离子组成的流体，其可用于生产晶体表面以及特殊功能区域。
离子束穿过物体表面时，受离子化活性离子将被强烈地电场吸引，从而产生聚焦效果。
在一般的情况下，离子束的能量分布形状可由几何参数来描述，这些参数主要由离子束的速度、密度、离子束质量以及表面形状等因素决定。
聚焦离子束有很多应用，其中包括催化剂表面改性、材料表面净化和表面能带结构调控等。
首先，聚焦离子束可以用于催化剂表面改性，其原理是利用离子束的能量和电场分布，可以有效地改变催化剂表面的结构和物质组成，从而改善催化剂的性能。
其次，聚焦离子束可以用于表面净化，其原理是利用离子束的能量和电场分布，有效地清除表面的污染物和杂质，从而提高表面的洁净度。
同时，聚焦离子束还可以用于表面能带结构调控，其原理是利用离子束的能量和电场分布，可以有效地改变表面的电子结构和电子特性，从而改善表面的物理和化学性能。
此外，聚焦离子束还可以用于增强图像分辨力、创造图像和纳米纹理以及加速介质材料的结构形成等。
因此，离子束可在科学研究、工业制备和材料表征等方面发挥重要作用。
在当今，聚焦离子束的研究和应用正在发展与蓬勃发展，其在很多领域都已取得了较大的成功，如催化剂的性能改善、表面洁净度的提高、表面能带结构的调控以及图像准确性的提升等。
未来，离子束技术将会在更多的领域得到广泛应用，离子束技术也将继续对科技发展起到积极的促进作用。
综上所述，聚焦离子束在当今发挥着越来越重要的作用，希望能够利用这项有效的材料表征技术，实现有效的设计和表征，为科学研究提供有效的帮助和支持。
聚焦离子束原理及其工业应用
聚焦 离子束 系统的 离子束聚焦 ｊ描部 分一般 由双 电磁透镜 系统 和一系列偏转 电极构 成。 由于ＦＢ Ｉ系统所 采用的离子较重（ 离子的 如惊 原 子量 为６ ． ），使其更难被聚焦 ， 以与电子聚焦 系统 相比 ，离 ４７ 乃 所
式 发射 出来 ，这 一 区域 一般涉 及到两 三个 原 子层的深 度 ，叫做 发射 区。一般 来ｉ 兑，溅射粒子质 量越大其逸出深度越浅 ，溅射粒子能量越 大 ，逸 出深度越 深 入射离子注入及表面原子反弹注入 ，它们穿入表
离子源和合金离子源 。前者 主要有 ：嫁离子 、金 离子 、艳离子 等 其 中，将稼离 子 为离子源的系统 比较普遍 。 作
１ 聚 焦／ 描 系统 ． ２ 扫
图 ２ ＦＢ 作 用 原 理 Ｉ
２ 离子束 与固体样 品的作用机 理 ２１ 固体表面庭表层 内发生的过程 ． 表 面及近表层的原子 、 分子和原子团 以中性 、 激态或 离子的形 受
效应和化学反应发生 。
辣骑 气体 喷
图 ： Ｆ Ｂ系统 结 构 图 ：
１ 离子 源 ． １
区 Leabharlann Ｉ ＦＢ系统大 多采用液态金褥离子Ｄ ｆＭＩ） ＯＬ Ｓ，还有一部分系统采用 气体 场 离予（ ＦＳ 。可 以用作 液态 离子源（ ＭＩ） Ｇ １） Ｌ Ｓ的金属需 满 足以下 条件 ：该液态金属可 以润湿离子 源针尖 ，并且对 该针尖 无腐 蚀作 用 ； 熔融状态 下有较低 的蒸汽压 。比较常用 的Ｌ Ｓ ＭＩ可分为两 种 ：单元 素
１ Ｆ 系统构成 Ｉ Ｂ 聚焦离子束系统大体上可 以分为三个主要部分 ：离子源 、离子束
聚焦， 扫描系统（ 包括离子分离部分） 品台。离子源位于整个系统的 和样 顶端 ，离 子经过 高压抽 取 、加速 并通过位 于离 子柱 腔体 内的静 电透 镜 、四极 偏转透 镜以及八 极偏转透 镜 ，形 成很小 的离子粜 斑可达 到 ｓ 纳米 ，轰击位 于样品 台上的样品 。
聚焦离子束
聚焦离子束
离子束技术是一种高精度微加工技术，通过将离子加速到高速并聚焦在微米尺度的小区域进行材料加工和表面改性。
聚焦离子束技术在材料科学、电子工程、生物医学等领域有着广泛的应用前景。
在聚焦离子束技术中，离子束源首先产生并加速离子，然后通过磁透镜等聚焦装置将离子束聚焦到微米尺度。
在加工过程中，离子束的能量和大小可以被调控，从而实现对材料的高精度加工。
离子束技术具有许多优势，比如能够实现高分辨率的加工、几乎无热影响区、对光学透明材料有较好加工效果等。
这些优势使得离子束技术在制造微纳米器件、制备光学元件、表面处理等方面有着独特的应用优势。
聚焦离子束技术在微纳加工领域有着广泛的应用。
比如在芯片制造中，离子束技术可以实现对器件的精细加工和调试，提高了芯片的性能和可靠性。
在生物医学领域，离子束技术可以用于制备生物芯片、药物载体等，为生物医学研究提供了新的手段。
未来，随着人类对微纳加工精度和功能性需求的不断提高，离子束技术将会更加广泛地应用于各个领域。
同时，随着离子束技术的不断发展和创新，离子束技术也将不断地提升其加工精度和效率，为人类创造更多的可能性。
总的来说，聚焦离子束技术作为一种高精度微加工技术，在材料加工、表面改性等领域有着广泛的应用前景。
随着技术的不断发展和创新，离子束技术将会为人类带来更多的技术创新和应用可能性。
聚焦离子束技术及其在地球和行星科学中的应用
聚焦离子束技术及其在地球和行星科学中的应用下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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聚焦离子束fib测试用途以及注意事项
聚焦离子束fib测试用途以及注意事项全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：聚焦离子束（Focused Ion Beam，简称FIB）是一种现代化的分析仪器，它利用离子束对材料表面进行切割、雕刻和离子注入等操作，可用于材料性能分析、纳米加工以及器件结构调制等方面。
在科学研究和工程应用中，FIB技术被广泛应用于半导体、材料科学、生物医药等领域。
本文将重点介绍聚焦离子束FIB的测试用途以及注意事项。
一、FIB的测试用途1. 样品切割：FIB技术可以通过离子束切割样品，制备出不同几何形状和大小的样品切片，用于透射电镜、扫描电镜等进一步的显微分析。
这对于研究材料的微观结构和性能具有重要意义。
2. 纳米加工：FIB技术可以对样品表面进行精确的纳米加工，包括雕刻、刻蚀和注入等操作。
通过控制离子束的能量和位置，可以实现微米和纳米尺度的结构制备和调控，为纳米器件的制备和研究提供了重要手段。
3. 局部分析：FIB技术可以结合光学显微镜、扫描电子显微镜等设备，对样品表面进行定位并进行局部分析。
通过离子束的照射，可以实现对材料的表面成分、结构和形貌等信息的获取，为材料性能和组成分析提供了便利。
4. 器件修复：FIB技术可用于器件的故障分析和修复，通过对器件进行切割、磨蚀和掺杂等操作，可以找到故障点并进行修复，提高器件的可靠性和性能。
5. 原位实验：FIB技术可以在扫描电子显微镜或透射电镜平台上实现原位实验，对材料进行局部处理和观察。
这种原位实验可以实现对材料反应、相变和结构演化等过程的实时监测和控制，具有重要的研究意义。
二、FIB的注意事项1. 样品准备：在进行FIB实验前，应对样品进行充分的处理和准备工作。
样品表面应平整干净，避免有氧化物、污渍和尘埃等杂质，以确保离子束对样品的照射效果。
2. 参数设置：在使用FIB进行实验时，需要根据样品的性质和需要进行离子束的能量、电流和面积等参数进行合理的设置。
过小的能量和电流会导致处理效率低，而过大可能会损伤样品。
聚焦离子束扫描电镜原理
聚焦离子束扫描电镜原理离子束扫描电镜（FIB-SEM）是一种具有高分辨率和高速成像能力的仪器。
它将离子束和扫描电子显微镜结合在一起，可以用于样品的成像、切割、制备和修复等应用。
本文将重点介绍离子束扫描电镜的原理和相关技术。
一、离子束扫描电镜的原理离子束扫描电镜是采用离子束和扫描电子显微镜相结合的原理进行成像。
其中离子束主要用于样品表面的加工和制备，扫描电子显微镜则主要用于样品表面的成像。
离子束的能量通常在几keV至数十keV之间。
经过样品表面的离子束与表面相互作用，导致样品表面原子的损伤和剥蚀。
离子束扫描时，可以通过更换离子束的角度和能量，从而实现对样品的表面加工和切割。
离子束扫描还可以用于制备样品局部切片、纳米加工和离子灌注等应用。
扫描电子显微镜则通过对离子束打碎的样品表面进行扫描成像，来获取样品表面的形貌和表面组成信息。
扫描电子束的数量通常在数百至数千个电子/秒之间。
扫描电子显微镜成像需要将扫描电子束聚焦在样品表面上，然后收集样品表面反射或散射的电子。
收集的电子将被放大和转换成数字图像，从而得到样品表面图像。
在离子束扫描电镜中，离子束和扫描电子显微镜的运动是分离的。
首先使用离子束对样品进行加工和制备，然后再使用扫描电子显微镜对样品进行成像。
这种分离的运动模式可以避免离子束干扰扫描电子显微镜成像的质量和分辨率。
二、离子束扫描电镜的相关技术离子束扫描电镜是一种先进的成像和制备工具，涉及到许多相关技术。
下面列举其中的一些技术：1.样品准备离子束扫描电镜成像质量受制于样品的制备质量。
样品的制备过程显得尤为重要。
样品制备通常涉及薄片切割、离子抛光和离子刻蚀等步骤。
薄片切割可以通过机械切割或电子束切割来实现。
离子抛光和刻蚀可以通过采用离子束和化学反应的方式进行。
2.剖析和成像技术离子束扫描电镜剖析和成像技术主要涉及两大领域：集成电路和生物医学。
对于集成电路，通过使用离子束在晶圆上刻蚀亚微米尺度的孔洞来连接电路。
聚焦离子束电子束系统及其在生物学和医学上的应用
者传统的热发射钨灯丝电子枪。利用不同的检测器
可 以检 测二 次 电子 、 背散 射 电子 以及扫 描透 射 电子 。
一
般而言 ， 双束显微镜 二次 电子像分 辨率略低 于同
类型扫描 电镜 的水平。最近 Ｆ Ｉ 司推 出型号 为 Ｅ公 Ｈ ｌｓ ａｏａ 的新一代双束显微镜… 。由于采用 ｅｏ Ｎ ｎＬｂ ｉ 多种新技术， 该双束显 微镜 二次电子像 分辨率优于 ｌｍ。这是 肖特基热场发射扫描 电镜二次电子像分 ｎ 辨率首次达到亚纳米水平。 双束显微镜 的离子光学系统包括离子源和离子
表１ ＦＩ Ｅ 公司二种型号双束显微 镜的部分性能指标 ’
Ｑ ａｔ ２ ０３ ｕ ｎａ ０ Ｄ 电子 源 二次 电子像分 辨率
钨灯丝电子枪
３ ５ ｍ（ ０ Ｖ） ． ｎ ３ ｋ 高真空 ＜１ｎ ３ Ｖ 低真空 ５ ｍ（ ｋ ） ３ ５ ｍ（ ０ Ｖ） ． ｎ ３ ｋ 环境真空
观察其表面形貌确定感兴趣特征 区的位置 ， 然后利 用聚焦离子束对该区域进行定点加工。对于感兴趣 特征区位于内部的样品（ 体材料样品 ） 首先利用聚 ， 焦离子束切割样 品， 待制备出样品内部一截面后 ， 通
镜筒等 。离子源 采用液态金属镓 （ ａ 离子源。聚 Ｇ）
焦离子束的主要作用是对样品进行刻蚀和辅助材料 沉积。此外还可以利用离子束进： 成像 ， 行 其分 辨率
可 以达 到 ５ ｍ。对 于 Ｆ Ｉ 司 Ｎ ｖ ｎ Ｅ 公 ｏａ系 列 Ｎ ｎＬｂ ａｏａ
双束显微镜 ， 聚焦离子束最小刻蚀线宽小于 １ｎ ５ ｍ， 深宽 比为 １： ， ０ １ 电子束和离子束沉积线 宽分别 达到
２ ０ Ｖ 一３ Ｖ ０ ０ｋ
≤ １
肖特基热场发射 电子 枪 １ １ｍ （ ５ Ｖ ． ｎ １ ｋ ）高真空
聚焦离子束(Focused Ion beam, FIB)
聚焦离子束(Focused Ion beam, FIB)的系统是利用电透镜将离子束聚焦成非常小尺寸的显微切割仪器，目前商用系统的离子束为液相金属离子源(Liquid Metal Ion Source,LMIS)，金属材质为镓(Gallium, Ga)，因为镓元素具有低熔点、低蒸气压、及良好的抗氧化力；典型的离子束显微镜包括液相金属离子源、电透镜、扫描电极、二次粒子侦测器、5-6轴向移动的试片基座、真空系统、抗振动和磁场的装置、电子控制面板、和计算机等硬设备，外加电场(Suppressor)于液相金属离子源可使液态镓形成细小尖端，再加上负电场(Extractor) 牵引尖端的镓，而导出镓离子束，在一般工作电压下，尖端电流密度约为1埃10-8 Amp/cm2，以电透镜聚焦，经过一连串变化孔径 (Automatic Variable Aperture, AVA)可决定离子束的大小，再经过二次聚焦至试片表面，利用物理碰撞来达到切割之目的。
以下为其切割（蚀刻）和沉积原理图：在成像方面，聚焦离子束显微镜和扫描电子显微镜的原理比较相近，其中离子束显微镜的试片表面受镓离子扫描撞击而激发出的二次电子和二次离子是影像的来源，影像的分辨率决定于离子束的大小、带电离子的加速电压、二次离子讯号的强度、试片接地的状况、与仪器抗振动和磁场的状况，目前商用机型的影像分辨率最高已达 4nm，虽然其分辨率不及扫描式电子显微镜和穿透式电子显微镜，但是对于定点结构的分析，它没有试片制备的问题，在工作时间上较为经济。
1工作原理编辑液态金属离子源离子源是聚焦离子束系统的心脏，真正的聚焦离子束始于液态金属离子源的出现，液态金属离子源产生的离子具有高亮度、极小的源尺寸等一系列优点，使之成为目前所有聚焦离子束系统的离子源。
液态金属离子源是利用液态金属在强电场作用下产生场致离子发射所形成的离子源[1、2]。
液态金属离子源的基本结构如图1所示在源制造过程中，将直径0.5mm左右的钨丝经过电化学腐蚀成尖端直径只有5－10μm的钨针，然后将熔融的液态金属粘附在钨针尖上，在外加强电场后，液态金属在电场力作用下形成一个极小的尖端（泰勒锥），液态尖端的电场强度可高达1010V/m。
聚焦离子束技术
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1.1 FIB系统介绍
聚焦离子束(Focused Ion beam, FIB)的系 统是利用电透镜将离子束聚焦成非常小尺 寸的显微加工仪器
用荷能离子轰击材料表面，实现材料的 剥离、沉积、注入和改性
目前商用系统的离子束为液相金属离子 源(Liquid Metal Ion Source,LMIS)
V.J. Araullo-Peters,Script Mater, 2012, 66,907
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1.4 聚焦离子束的主要功能及应用
（2）离子溅射： 聚焦离子束轰击材料表面，能够将固体材料的原子溅射出表面，是FIB最 重要的应用，应用于微细铣削和高精度表面刻蚀加工。
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1.4 聚焦离子束的主要功能及应用
（2）离子溅射：
集成电路器件剖面制作
利用FIB溅射刻蚀或辅助气体溅射刻蚀可以方便地制作集成电路的剖面，用 来分析失效电路的设计错误或制造缺陷，分析电路制造中低成品率的原因， 以及研究和改进对电路制造过程中的控制。
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在入射离子在与固体材料中原子发生 碰撞时，将能量传递给固体材料中的 原子，如果传递的能量足以使原子从 固体材料表面分离出去，该原子就被 弹射出材料表面，形成中性原子溅射。 被溅射还有分子、分子碎片、分子团。
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1.3 离子束与材料的相互作用
（7）辐射损伤。
指入射离子轰击表层材料造成的材料 晶格损失或晶态转化。
（3）诱导沉积举例：
微电路
微电子器件
Pt micro-pillars on silicon
聚焦离子束（FocusedIonbeam,FIB）
聚焦离⼦束（FocusedIonbeam,FIB）聚焦离⼦束(Focused Ion beam, FIB)的系统是利⽤电透镜将离⼦束聚焦成⾮常⼩尺⼨的显微切割仪器，⽬前商⽤系统的离⼦束为液相⾦属离⼦源(Liquid Metal Ion Source,LMIS)，⾦属材质为镓(Gallium, Ga)，因为镓元素具有低熔点、低蒸⽓压、及良好的抗氧化⼒；典型的离⼦束显微镜包括液相⾦属离⼦源、电透镜、扫描电极、⼆次粒⼦侦测器、5-6轴向移动的试⽚基座、真空系统、抗振动和磁场的装置、电⼦控制⾯板、和计算机等硬设备，外加电场(Suppressor)于液相⾦属离⼦源可使液态镓形成细⼩尖端，再加上负电场(Extractor) 牵引尖端的镓，⽽导出镓离⼦束，在⼀般⼯作电压下，尖端电流密度约为1埃10-8Amp/cm2，以电透镜聚焦，经过⼀连串变化孔径 (Automatic Variable Aperture, AVA)可决定离⼦束的⼤⼩，再经过⼆次聚焦⾄试⽚表⾯，利⽤物理碰撞来达到切割之⽬的。
以下为其切割（蚀刻）和沉积原理图：在成像⽅⾯，聚焦离⼦束显微镜和扫描电⼦显微镜的原理⽐较相近，其中离⼦束显微镜的试⽚表⾯受镓离⼦扫描撞击⽽激发出的⼆次电⼦和⼆次离⼦是影像的来源，影像的分辨率决定于离⼦束的⼤⼩、带电离⼦的加速电压、⼆次离⼦讯号的强度、试⽚接地的状况、与仪器抗振动和磁场的状况，⽬前商⽤机型的影像分辨率最⾼已达 4nm，虽然其分辨率不及扫描式电⼦显微镜和穿透式电⼦显微镜，但是对于定点结构的分析，它没有试⽚制备的问题，在⼯作时间上较为经济。
1⼯作原理编辑液态⾦属离⼦源离⼦源是聚焦离⼦束系统的⼼脏，真正的聚焦离⼦束始于液态⾦属离⼦源的出现，液态⾦属离⼦源产⽣的离⼦具有⾼亮度、极⼩的源尺⼨等⼀系列优点，使之成为⽬前所有聚焦离⼦束系统的离⼦源。
液态⾦属离⼦源是利⽤液态⾦属在强电场作⽤下产⽣场致离⼦发射所形成的离⼦源[1、2]。
聚焦离子束原理
聚焦离子束原理
嘿，朋友们！今天咱来聊聊聚焦离子束这玩意儿，可神奇啦！
你看啊，聚焦离子束就像是一把超级小而精准的雕刻刀。
咱平时刻个啥东西，是不是得小心翼翼，生怕刻坏了呀。
这聚焦离子束也是一样，它能在特别特别小的地方进行超级精细的操作呢！
它能把材料一点一点地削掉，就像咱削苹果皮似的，不过可比咱厉害多了。
想象一下，能在那么小的尺度上做到这么精细的活儿，多牛啊！它可以制造出各种微小的结构，小到咱肉眼都几乎看不见。
而且啊，这聚焦离子束还特别“聪明”呢！它知道该在什么地方下手，该去掉多少。
这要是换了咱，没准儿手一抖就搞砸了。
它就不会，它总是那么稳稳当当的。
比如说在电子行业，那里面的好多小零件可都离不开它呢。
它能帮忙造出那些精细得不得了的电路，让咱的手机、电脑啥的能正常工作。
没有它，这些高科技玩意儿可就没那么好用咯。
还有在科研领域，科学家们也经常用它来探索那些微小世界的秘密呢。
就好像探险家去探索未知的地方一样，聚焦离子束就是他们探索微观世界的好帮手。
你说这聚焦离子束是不是很厉害？它就像是一个默默工作的小工匠，在我们看不见的地方发挥着大作用。
它能让那些看似不可能的事情变得可能，让科技不断进步。
咱得感谢有这么个神奇的东西啊，让我们的生活变得更加丰富多彩。
它就像一个隐藏在幕后的英雄，虽然我们平时不太注意到它，但它却一直在为我们的美好生活贡献着力量呢！这不就是科技的魅力嘛！所以啊，聚焦离子束可真是个了不起的存在呀！
原创不易，请尊重原创，谢谢!。
聚焦离子束工作原理
聚焦离子束工作原理离子束技术是一门现代物理学，在各领域中都得到了广泛应用。
这种技术利用带电粒子束对材料进行加工、研究、分析和探测。
离子束在微电子、材料科学和生物医学等领域具有重要应用。
在这篇文章中，我们将聚焦于离子束技术的工作原理。
一、离子束的生成离子束的生成可以通过多种方式，例如在离子源中制造离子，通过加速器给离子加速，最终从终端加速器中产生具有高能量的离子束流。
在实践中，离子源可分为固体、气体和液体离子源。
靶材料也通常是不同的材料，如金属、半导体、聚合物等。
离子源的类型和靶材料的选择是基于具体应用中需要用到的特性。
气体离子源通常用于表面清洁或精细制造过程中。
而固体离子源则可以用于深刻刻蚀、修饰、离子注入和材料分析等应用。
液体离子源则常用于涂覆和沉积工艺中。
二、离子束的加速和聚焦离子束流从源中产生后，会通过加速器进行加速和聚焦。
加速器通常由电场和磁场组成，使用电场加速。
强磁场聚焦离子束并将其引导进物质中。
离子束的加速和聚焦是任何离子束技术的关键步骤。
离子束技术可用于各种不同的应用，包括：微电子学、光刻、生物技术、材料科学、物理学和化学等领域。
微电子学和光刻是离子束技术最重要的应用之一。
其他应用包括加工光学器件和制造微纳米加工，对生物样品进行注射和离子轰击、研究材料分析和合成、以及用于撞击考古学等等。
离子束加工技术可以在微米和纳米尺度下进行高效加工，因此这种技术被广泛应用于光刻制造电子、光学和生物医学设备中，这种技术还可用于制造超薄薄膜和立体结构。
离子束治疗是一种有效的癌症治疗方法。
这种技术利用带电离子束的高能量，可以瞬间击穿肿瘤细胞并破坏其基因和DNA，从而杀死癌细胞。
四、离子束技术未来的展望随着LTE线性加速器、外源等离子体源技术的不断改进和发展，离子束技术将在未来发挥更加重要的作用。
离子束技术未来将更多地应用于材料、物理和生物医学等各个领域，逐步取代传统的机械加工和化学加工等技术。
在科技领域迅速发展的今天，离子束技术将继续呈现出更强大和可预见的发展趋势，成为人类创新的重要推动力量。
聚焦离子束的应用
聚焦离子束的应用离子束技术（Ion Beam Technology）作为一种新兴的纳米加工技术，已经在众多领域得到了广泛的应用。
离子束的应用范围广泛，涵盖了材料科学、制造业、医学、生物科学等多个领域。
本文将聚焦离子束的应用，从材料加工、纳米加工、表面改性、医学应用等方面介绍离子束技术的重要性和指导意义。
首先，离子束技术在材料加工领域具有重要的应用价值。
离子束可以对材料进行高精度的切割、打孔和雕刻，为制造业提供了高效、准确的加工手段。
通过控制离子束的能量和束流密度，可以实现对不同材料的定向刻蚀，完成复杂结构的加工。
离子束准直性好、空间分辨率高，可用于微纳加工，制作纳米器件和纳米结构，对于电子器件、光电子器件、磁性材料等领域的发展起到了重要推动作用。
其次，离子束技术还可以用于表面改性。
通过控制离子束的剂量和参数，可以对材料表面进行改性处理，提高材料的性能和使用寿命。
离子束可以引入不同元素离子，并改变材料的化学成分和晶体结构，实现硬化、氮化、硅化等功能。
此外，离子束还可以通过形成表面改性层，提高材料的耐磨、耐腐蚀、导热性等性能，广泛应用于航空航天、汽车制造、电子封装等行业。
离子束技术在医学领域的应用也值得关注。
离子束可以精确地瞄准肿瘤细胞，在肿瘤治疗中发挥重要作用。
与传统的放疗方法相比，离子束的优势在于其辐射能量在组织内分布更加均匀，在治疗过程中对健康组织的伤害更小，因此被广泛应用于肿瘤放疗。
此外，离子束还可以用于生物体中的基因传递和细胞修复，有望在生物医学研究和治疗方面展现出更多的应用潜力。
综上所述，离子束技术作为一种全面、精确的纳米加工技术，在材料加工、表面改性和医学应用等领域具有重要的应用价值。
随着科技的不断发展，离子束技术将不断创新和完善，更多的应用领域将被开拓。
因此，我们应该关注离子束技术的研究与应用，探索其更广阔的发展前景，为推动相关领域的发展做出贡献。
第四章+聚焦离子束的应用-2016
第四章聚焦离子束的应用聚焦离子束是一种用途广泛的微纳米加工工具。
主要内容1.简介2.液态金属离子源3.聚焦离子束系统4.离子束在固体材料中的散射5.离子束加工6.聚焦离子束曝光（一）简介聚焦离子束（focused ion beam, FIB）与聚焦电子束的本质是一样的，但是两者又有很大的不同。
主要差别在于它们的质量，最轻的离子（如氢离子）也比电子重1000多倍。
离子束当然用来曝光，但不仅只用来曝光，还可以对材料进行溅射和沉积，因此聚焦离子束是一种更广泛的加工工具。
自1910年Thomson发明了气体放电型离子源后，离子束技术主要应用于物质分析、同位素分离和材料改性。
早期的离子源是等离子体放电式的，属大面积离子源。
真正的聚焦离子源始于液态金属离子源的出现。
液态金属离子源产生的离子具有高亮度、小尺寸的特点，是目前所有聚焦离子束系统的离子源。
液态金属离子源加上先进的离子光学系统，可以获得只有5nm的最细离子束。
一方面，离子束本身可以对材料表面剥离加工；另一方面，以不同的液态金属作为源材料可以将不同的元素注入材料之中，起到对衬底材料掺杂的作用。
聚焦离子束与化学气体配合可以直接将原子沉积到衬底材料表面。
这些应用与聚焦离子束的高分辨能力相结合，使它们都具有微小尺度的特点。
因此，聚焦离子束是一种用途广泛的微纳米加工工具。
（二）液态金属离子源又名：熔融金属场发射离子源电流体动力离子源（1）电子轰击型离子源：通过热阴极发射的电子，加速后轰击气体分子，使气体分子电离。
这类离子源多用于质谱分析仪。
特点是束流不高，但能量分散小。
（2）气体放电型离子源：由气体等离子体放电产生电子。
如：辉光放电、弧光放电、火花放电离子源等。
这类离子源的特点是产生离子束流大，因此广泛应用于核物理研究，如高能加速器的离子源和离子注入机的离子源。
离子源分类（3）场致电离型离子源（4）液态金属离子源都是在大范围内（如电离室）产生离子，通过小孔将离子流引出。
聚焦离子束
聚焦离子束
离子束作为一种新兴的技术，近年来在材料分析和制备等领域得到广泛应用，是材料学研究中不可缺少的重要技术。
但是，由于离子束具有大尺度，小尺度等多种分布，离子束聚焦技术也受到了极大的关注。
聚焦离子束(FIB)是指把一个离子束内的离子通过电场线性以及旋转偏移来定位，以获得精确的尺度和聚焦的离子束尺寸。
使用这种聚焦离子束技术实现高性能、低外延的镀层，分析和制备等工作，为进一步探索材料极限、改善材料性能提供了有力工具。
首先，聚焦离子束技术采用电场通过大斜率靶来定位，以产生离子束集中尖端，主要应用于材料的精细结构分析，如膜的厚度测量和裂纹的识别等。
此外，由于聚焦技术具有准确性高、耐久性持久，它也可以用于具有较高精度的材料切削，例如把玻璃片分解成薄片，焊接电子器件，造型制备微构造和微电子组件等，都是聚焦离子束技术的有益应用。
综上所述，离子束聚焦技术主要应用于材料的精确分析和制备，是材料研究工作的重要技术手段。
在该技术的开发中，离子束尺寸控制和聚焦技术的可靠性是关键，已经取得长足的进步，这将对未来材料研究和制备方面产生重要的影响。
聚焦离子束技术
讲习班总结7月11日（周二）1.聚焦离子束技术（FIB）定义：将离子束聚焦到亚微米甚至纳米量级，通过偏转系统和加速系统控制离子束扫描运动，实现微纳米图形的检测分析和微纳米结构的无掩模加工。
离子源：液态金属镓应用：掩模板修复、电路修正、失效分析、透射电子显微镜样品制备、三维结构直写等方面。
基本组成：离子源、电子透镜、扫描电极、二次粒子探测器、多轴多向移动的样品台、真空系统。
聚焦离子束与SEM一样，通过偏转系统控制离子束在样品表面进行光栅式扫描，同时由信号探测器接受被激发出来的二次电子或二次离子等信号，从而得到样品表面的形貌图像。
FIB激发的二次电子信号强度除了与表面形貌有关外，还因样品的晶体取向、原子质量有明显的不同。
FIB获得的图像SEM获得的表面形貌包含的信息更为丰富。
FIB可以分析薄膜材料每层厚度，也可以用作成分分析。
FIB+EDS可以做三维成分分析。
刻蚀和切割是聚焦离子束技术最主要的功能。
FIB通过偏转系统控制离子束的扫描路径与扫描区域，从而按照设定的图案刻蚀出设计的结构。
在刻蚀过程中，溅射溢出的颗粒大部分被真空泵抽走，但有部分会掉落在被刻蚀区域附近，这一过程成为再沉积。
再沉积会对临近的结构形成填埋，因此在刻蚀多个相邻的结构时，通常采用并行的模式，以减小再沉积的影响。
在实际应用聚焦离子束加工制作微纳米结构时，由于FIB本身的特征及被加工材料的原因，最终加工制作出的结构有时会产生缺陷，这些缺陷主要包括：倾斜侧壁在聚焦的束斑内，离子呈现出高斯分布特征，越靠近束斑中心，离子的相对数量越大。
如果离子束按单个像素点刻蚀轰击样品，将形成锥形截面轮廓的孔洞。
随着刻蚀深度的增加，截面的锥度将逐渐减小直至饱和。
因材料及其晶体取向不同，截面通常会有1.5~4°的锥度。
要想得到与样品表面完全垂直的截面，通常采用将样品人为倾斜特定的角度，以弥补截面与离子束入射角度之间的偏差。
另外，还可以采用侧向入射的方式进行切割，通过定义刻蚀图案来控制截面与表面的角度，灵活地加工出形状更加复杂的三维微纳米结构。
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第四章聚焦离子束的应用聚焦离子束是一种用途广泛的微纳米加工工具。
主要内容1.简介2.液态金属离子源3.聚焦离子束系统4.离子束在固体材料中的散射5.离子束加工6.聚焦离子束曝光（一）简介聚焦离子束（focused ion beam, FIB）与聚焦电子束的本质是一样的，但是两者又有很大的不同。
主要差别在于它们的质量，最轻的离子（如氢离子）也比电子重1000多倍。
离子束当然用来曝光，但不仅只用来曝光，还可以对材料进行溅射和沉积，因此聚焦离子束是一种更广泛的加工工具。
自1910年Thomson发明了气体放电型离子源后，离子束技术主要应用于物质分析、同位素分离和材料改性。
早期的离子源是等离子体放电式的，属大面积离子源。
真正的聚焦离子源始于液态金属离子源的出现。
液态金属离子源产生的离子具有高亮度、小尺寸的特点，是目前所有聚焦离子束系统的离子源。
液态金属离子源加上先进的离子光学系统，可以获得只有5nm的最细离子束。
一方面，离子束本身可以对材料表面剥离加工；另一方面，以不同的液态金属作为源材料可以将不同的元素注入材料之中，起到对衬底材料掺杂的作用。
聚焦离子束与化学气体配合可以直接将原子沉积到衬底材料表面。
这些应用与聚焦离子束的高分辨能力相结合，使它们都具有微小尺度的特点。
因此，聚焦离子束是一种用途广泛的微纳米加工工具。
（二）液态金属离子源又名：熔融金属场发射离子源电流体动力离子源（1）电子轰击型离子源：通过热阴极发射的电子，加速后轰击气体分子，使气体分子电离。
这类离子源多用于质谱分析仪。
特点是束流不高，但能量分散小。
（2）气体放电型离子源：由气体等离子体放电产生电子。
如：辉光放电、弧光放电、火花放电离子源等。
这类离子源的特点是产生离子束流大，因此广泛应用于核物理研究，如高能加速器的离子源和离子注入机的离子源。
离子源分类（3）场致电离型离子源（4）液态金属离子源都是在大范围内（如电离室）产生离子，通过小孔将离子流引出。
因此离子流密度大，离子源面积大，不适合于聚焦成微小束。
一般的场离子发射器，均利用一尖端作为发射体。
尖端曲率半径为微米级。
对尖端加高电压以产生强大的电场，使附近的气体原子产生电离，离子以束状发射。
利用适当的后续透镜系统，即可获得高亮度、细聚焦的离子束输出。
场致电离型离子源•利用针尖电极附近强电场使吸附在针尖表面的气体原子电离•主要用于场致离子显微镜，研究针尖表面材料的原子结构利用强电场使气体原子或分子电离的现象称为场电离。
对自由原子，电子处于原子势阱中，需要克服电离能才可能逸出。
在强场中，电子较易穿过原子位垒而逸出。
液态金属离子源利用液态金属在强电场作用下产生场致离子发射所形成的离子源。
在源制造过程中，将直径0.5mm左右的钨丝经过电化学腐蚀成尖端直径只有5-10μm的钨针，然后将熔融的液态金属粘附在针尖上。
在外加强电场后，液态金属在电场力作用下形成一个极小的尖端（泰勒锥）。
液态尖端的电场强度可高达1010V/m。
在如此高的电场下，液态表面的金属离子以场蒸发的形式逸出表面，产生离子束流。
由于液态金属离子源的发射面积极小，尽管只有几微安的离子电流，但电流密度约可达106A/cm2，亮度约为20μA/sr，是场致气体电离源的20倍左右。
液态金属离子源的基本结构液态金属离子源液态金属离子源的离子发射是一个非常复杂的动态过程。
发射液尖的形状随电场和发射电流的变化而变化。
金属液体还必须保证源源不断地补充因离子发射而造成的物质流失。
因此，整个发射过程是一个电流体力学与场离子发射相互依赖、相互作用的过程。
液态金属离子源发射必须满足以下条件（三个维持）（1）发射表面必须维持一定的形状，从而保持一定的表面电场；（2）表面电场足以维持一定的发射电流与一定的液态流速；（3）表面流速足以维持与发射电流相应的物质流量损失，从而使发射表面能够维持一定的形状。
反映了表面形状、表面电场、发射电流和液体流速相互依赖与相互制约的关系。
在实际应用上，保持稳定、持续离子发射的一个最关键条件是保证液态金属和针尖的良好浸润。
（三）聚焦离子束系统本质上与电子束曝光系统一样。
都是由电子或离子发射源、电子或离子光柱、工作台、真空与控制系统组成。
将离子聚焦成细束的核心部件是离子光学系统。
离子光学与电子光学的最基本不同点是：离子具有不同的质量和电荷。
不同荷质比的离子在电磁场中受力情况不一样。
聚焦离子束系统典型的聚焦离子束系统为两级透镜系统对聚焦离子束电流的进一步控制通过限制膜孔来实现目前有多家公司可以提供聚焦离子束系统，其中以美国FEI公司的产品占主导（四）离子束在固体材料中的散射作为带电粒子，离子和电子一样在固体材料中会发生一系列散射。
离子在固体材料中的能量损失由两方面原因造成：一）原子核损失：离子与固体材料中原子的原子核碰撞将部分能量传递给原子，使原子移位或完全脱离固体材料表面，这一现象称为溅射。
二）电子损失：离子将能量传递给原子核周围的电子，使这些电子被激发产生二次电子，或剥离固体材料中原子的部分电子，使原子电离为离子，产生二次离子发射。
由于离子比较重，离子在固体材料中的穿透深度（又称为离子射程）很小。
衬底材料：硅离子离子电子能量50keV100keV50keV穿透深度50nm100nm10微米随着能量增加或离子质量降低，离子的穿透深度也会增加。
与电子不同的是，离子损失能量后会留在衬底材料中成为材料的一部分，这就是离子注入，是掺杂的一种方法。
程序SRIM(stoppingand range of ions inmatters)，可以免费下载，用蒙特卡洛方法模拟离子散射和溅射过程。
假定衬底材料为非晶沟道效应（channeling effect）如果衬底材料是晶体，在低指数晶向，即原子排列稀疏的方向，离子有可能长驱直入，穿透深度可能是非晶材料的数倍，这种现象称为沟道效应。
在这种情况下，离子能量损失主要是电子损失。
由于与材料原子碰撞的概率减小，材料原子被溅射出表面的产额也降低。
沟道效应会降低离子溅射率。
如果衬底材料是多晶，在同一表面会有不同的晶向。
离子溅射速率在表面各点不同，造成表面不平整。
这时可以通过表面原子掺杂人为地破坏晶格取向，消除离子长驱直入的沟道，使表面溅射均匀化。
（五）离子束加工离子束加工被认为是最有前途的超精密加工和微细加工技术，是一种原子级的加工方法，具有极高的分辨率，广泛应用于航空航天制造等领域。
离子束溅射离子束刻蚀离子注入离子束辅助沉积审查与修改集成电路芯片修复光刻掩模缺陷制作透射电镜样品多用途微切割工具离子束加工可用作聚焦离子束离子束溅射利用离子源产生一定能量的离子束轰击置于高真空中的靶材，使其原子溅射出来，沉积在基底成膜的过程。
在比较低的气压下，从离子源射出的氩离子以一定角度对靶材进行轰击。
由于轰击离子的能量大约为1keV，对靶材的穿透深度可忽略不计。
级联碰撞只发生在靶材几个原子厚度的表面层中，大量的原子逃离靶材表面，成为溅射粒子，其具有的能量大约为10eV 的数量级。
由于真空室内具有比较少的背景气体分子，溅射粒子的自由程很大。
这些粒子以直线轨迹到达基板并沉积在上面形成薄膜。
离子束溅射镀膜的特点◆可方便地镀制各种金属( 包括难熔金属) 、合金、氧化物、氮化物及碳化物等化合物镀层，此外还可镀制多层复合镀层。
◆对绝缘材料基本也能稳定地镀膜◆镀层纯度高致密, 对环境无污染◆能方便地控制膜厚和膜层质量。
◆膜层与基体的结合力好◆在大面积基片上, 能获得均匀的薄膜离子束刻蚀（也称离子铣）随着半导体器件的发展，芯片图形精度越来越高，常规的湿法腐蚀由于难以避免的横向钻蚀，已不能满足高精度细线条图形刻蚀的要求，于是逐步发展了一系列干法刻蚀技术。
应用较普遍的有等离子刻蚀、反应离子刻蚀、二极溅射刻蚀、离子束刻蚀。
离子束刻蚀是利用具有一定能量的离子轰击材料表面，使材料原子发生溅射，从而达到刻蚀目的。
对材料无选择性, 几乎所有的材料均可刻蚀。
只是不同材料的刻蚀速率不一样。
刻蚀速率与离子束能量、束流大小、离子束轰击表面的入射角以及被加工材料的原子结构、晶向等许多因素有关。
影响刻蚀速率的因素：1)刻蚀速率直接与轰击基片的离子能量有关。
随着电压的增加, 离子能量增加, 刻蚀速率增加。
2)为了避免或尽可能减少对离子轰击基片造成的损伤，要选择适当的速率并尽量减低电压。
刻蚀能量束流大小刻蚀速率随束流增加而增加离子束刻蚀特点及应用离子束刻蚀的特点：•方向性好，各向异性，陡直度高•分辨率高，可达到10nm•不受刻蚀材料限制（金属和化合物，无机物和有机物，绝缘体和半导体均可）•刻蚀过程中可改变离子束入射角θ来控制图形轮廓离子束刻蚀应用：（1）由于离子束刻蚀对材料无选择性，特别适合对一些化学研磨、电介研磨难以减薄的材料进行减薄（2）由于离子束逐层剥离原子层所以具有微分分析样品的能力（3）适应于精密加工上图为利用离子束刻蚀技术得到的沟槽，下图为利用离子束刻蚀技术得到的全系闪耀光栅离子注入离子注入是采用高能离子轰击样品表面，使高能离子进入样品。
入射离子通过与样品中的原子碰撞，逐渐失去能量，最后停留在样品表层。
离子注入技术是半导体集成电路生产的一个重要工艺环节。
通过离子注入掺杂改变半导体材料的导电性，使之成为电子型或空穴型半导体。
但半导体工业的离子注入是大面积离子注入，注入的区域是由掩模控制的。
聚焦离子束注入是一种无掩模注入。
半导体晶体管所需要的掺杂元素都可以制成合金型液态金属离子源，如：硅半导体所需要的硼和砷等。
在聚焦离子束系统中安装一个离子分离器就可以将不同元素的离子注入到如何局部位置，注入的深度和分布可以通过离子能量与剂量控制。
聚焦离子束还可以在同一个样品的表面同时注入不同离子。
灵活性是聚焦离子束注入的主要优点，而低生产率则是它的主要缺点。
所以，聚焦离子束注入至今仍是在实验室范围内使用。
离子注入另一种离子注入技术，通过注入离子改变材料的耐刻蚀性质，实现选择性加工，构筑三维微结构。
镓离子注入硅材料后可以使硅的抗化学腐蚀性能大大提高。
如果选择性地在硅中注入镓离子，则镓离子注入的区域将在腐蚀硅的时候保留下来了。
◆先沉积一层硅，然后用聚焦镓离子束对硅层进行区域性注入；再沉积第二层硅，再注入镓离子；最后形成含有注入镓离子的多层硅。
◆把硅层腐蚀去除，留下由镓离子注入形成的三维微结构。
离子束辅助沉积在离子束刻蚀的过程中，如果被打出来的原子、原子团簇或分子不被真空系统抽走，那会怎么样呢？如果在样品表面的不是活性物质而是非活性物质，在离子束的轰击下，不会产生挥发性化合物被真空系统抽走，那么这些物质会沉积在材料表面。
假设在用某一技术沉积薄膜，同时也用离子束不断地轰击材料表面，这是一个离子溅射和分子沉积并存的过程。
两者处于一个相互竞争的状态。