聚焦离子束实验报告
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。
聚焦离子束报告PPT课件
在离子柱顶端加上激収电场和牵引电场可以导出离子束通过静电透镜聚焦限束孔再用质量分析器筛选出所需离子种类最后通过八极偏转装置及物镜将离子束聚焦在样品上并扫描轰击产生癿二次电子和离子被收集成像戒用以切割研磨
聚焦离子束加工技术
合肥工业大学
仪器科学与光电工程学院
朱国乾
56435467890987
.
1
主要内容
2013.1.4
13 .
FIB-MBE组合装置
三.FIB-MBE组合装置
首先利用MBE生长出原始薄膜，经中间处理，最 后用FIB研磨加工膜片。这样既可加工出高质量、 低污染的表面，又可用于光电子和量子阱器件的 三维纳米结构加工。
四.单轴聚焦离子/电子束(FIEB)装置
发射端金属融化后是一个液态金属离子源，可发
2013.1.4
图6.FIB溅射形成的TEM样品 10
.
多用途微切割工具
• 右图示铣削微刀具的实验平台，双束系统， 离子束工作电压5～30kV，电流1pA～20nA， 离子束最小直径5nm。
• 样品台参数：x、y、z轴方向上的运动范围为 50mm×50mm×25mm重复精度为2μm，可连续旋 转n×360°，倾斜角度从-15°到60°最小转角为 10﹣7 rad。
技术走向实用化.
液态离子源发展历史 1600：Gilbert 提出液体在高张力下可形成圆锥体. 1914：Zeleny 观察并记录下了锥尖发射离子之现象. 1959：Feynman 提出了离子束的应用.
新一代微分析及微加工手段——聚焦离子束系统（一）
新一代微分析及微加工手段——聚焦离子束系统（一）摘要:聚焦离子束(FIB)技术是90年代发展起来的具有微细加工和微分析组合功能的新技术。
随着集成电路线宽的不断减小,集成度不断提高,该技术已在微电子工业中被广泛应用,其优势也日益显现。
文中主要对FIB系统的构成作较为详尽的介绍,同时也涉及该技术的应用和发展。
关键词:微分析;微加工;聚焦离子束前言现代微电子工业发展迅猛,其方向无疑是器件尺寸的减小和电路集成度的提高。
在过去的20年中,制造工艺和手段日趋成熟,高性能的新一代集成电路层出不穷。
做到这些,在有赖于制造设备更新同时,有效地对沾污及各种缺陷进行控制更是实现生产最优化的关键所在。
因此,材料检测和失效分析成为IC发展和制造必不可少的手段。
多种微分析设备可根据在失效分析过程中不同方面不同阶段的应用分为两大类[1]。
第一类是用于对失效器件进行初步的模式及部位的分析确定,也就是在鉴别失效模式过程中的应用,如:电压衬度显微镜(Voltagecontrastmicroscopy)、电子束感生电流(EBIC)或光束感生电流(OBIC)等;第二类是用于对材料中的缺陷或沾污粒子进行观测定位,并分析成分,即在描述失效特征过程中的应用,如:俄歇电子显微镜(AES)、透射电子显微镜(TEM)、二次离子质谱仪(SIMS)、扫描电子显微镜(SEM)、X光衍射和荧光(X-raydiffractionandfluorescence)等。
当然,上述第二类材料分析工具更为常见的用途是对新材料、新生产手段和新工艺的鉴定[2]。
例如SIMS对注入深度的纵断面成像被运用于校准工艺模型;AES的深度剖面图可以被用来确定薄膜材料的均匀度、纯度以及TiN或TiSi2外延膜界面态性质等。
但在上述技术的应用中面临的共性问题是定位制样精度不高,周期长。
这就限制了它们在微电子领域中的应用。
而90年代发展起来的聚焦离子束技术是一种集形貌观测、定位制样、成分分析、薄膜淀积和刻蚀各过程于一身的新型分析和加工技术。
聚焦离子束技术制备与样品表面平行的TEM样品_王雪丽
步骤 2： 将样品台回到水平位置，沿沉积区长度 方向一侧刻蚀截面处进行离子束切割，然后以沉积区 为中心将样品台旋转 180°，在另一侧完成离子束切 割，将样品台转回原来的位置，获得“V”型样品（ 图 3） ，其中，图 3、7、10、11 以有孪晶的纯钛样品为例。
步骤 3： 伸入机械手（ 德国 Kilindek 公司生产） ， 将机械手针尖与样品沿长度方向的切割端接触，利 用 Pt 沉积，将 针 尖 与 所 切 样 品 焊 接 固 定，然 后 将
第5 期
王雪丽等： 聚焦离子束技术制备与样品表面平行的 TEM 样品
423
图 6 “U-Cut”在沉积区两侧刻蚀后的 SEM 像（ Bar = 2 μm）
Fig． 6 SEM image after“U-Cut”milling the both sides of the deposition area．
3 “V-Cut”与“U-Cut”对比
（ 1） 传统的“U-Cut”一般得到的 TEM 样品，为 垂直于样品表面的截面薄膜样，许多半导体及金属 等材料的 TEM 样品制备，都采用了“U-Cut”方法。 “V-Cut”方 法 可 得 到 平 行 于 样 品 表 面 的 薄 膜，适 用 于裂纹尖端等 TEM 样品的制备。
聚焦离子束fib 原理
聚焦离子束fib 原理离子束（Focused Ion Beam, FIB）是一种将加速离子束聚焦到极小射径进行加工和分析的技术。
它可以在样品表面上准确的刻画出纳米级别的图案、结构，还能进行界面清理、切割、修复等功能，成为材料科学、器件制造、生命科学等领域的重要工具。
以下将对离子束FIB的原理进行详细介绍。
离子束加工原理离子束FIB是将高能的离子束汇聚到十几或几十纳米以下的小孔中，穿过光学聚焦系统使其束斑缩小，进而加工出所需要的结构，再通过控制束斑位置和大小来实现高精度的加工。
离子束加工的本质是“激发和蚀刻”，即将离子能量转化成靶材内部原子的势能，激发材料内部的离子和原子，使其发生反应，形成新的化合物或改变材料的特性。
在离子束FIB过程中，离子束首先进入靶材表面，产生一系列相互作用。
离子-原子或离子-分子之间的碰撞产生了许多效应，如能量转移，电离作用，电荷交换等。
这些效应对靶材的物理、化学性质产生了影响，导致其形貌、结构和化学组成的变化。
在离子束FIB加工中，所使用的离子束一般为氙离子（Xe+）或镉离子（Cd+），其加工机理如下：1. 碰撞激发当粒子进入物质时，与物质原子碰撞后，将能量转移到它们中的电子和原子，使原子处于激发状态，这就是碰撞激发。
激发的原子具有很高的能量，向周围发射电子、光子等，然后经过退激发过程，将失去激发能量，回到基态状态。
在这个过程中，原子可能失去一些物质，或产生化学反应。
2. 放电电离高能离子进入电离室内发生碰撞，使内部气体分子、原子电离，产生离子和电子。
离子获取强度较大的电场，继续撞击电离室壁，使得机械设置上的耗损量比较大。
这种方式又叫杆式离子源。
3. 打开真空窗真空窗是离子束进入样品室时必须经过的地方（为避免束至多大可能的偏移），打开真空窗能够让离子束穿过进入。
4. 光学聚焦离子束在进入样品前会经过一系列的光学透镜（磁聚焦镜、缕聚镜），以使离子束达到更好的聚焦和定位精度，可以控制束斑稳定地投射到需要的位置，从而达到高精度加工和分析。
聚焦离子束技术经验
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FIB激发的这通常采用并最如果离截面的锥度当样品对于表面形貌起伏引起的窗帘结构，解决办法通常是在样品表面用FIB辅助化学气相沉积生长一层保护层，使表面变得平坦；也可以通过改变离子束的入射方向，从没有起伏的面开始切割，从而避开其影响。
对于成分差异引起的窗帘结构，可以通过摇摆切割的方式，使离子束在多个角度入射进行消除。
非均匀刻蚀聚焦离子束可以直接快速地加工制作微纳米平面图形结构，对于非晶体材料或单质单晶材料，FIB刻蚀通常可以得到非常平整的轮过形状和底面，但对于多晶材料和多元化合物材料，由于各个晶粒的取向不同，刻蚀速率在不同晶粒区域也会不同，经常会呈现非均匀刻蚀，底面并不平整。
对于多晶材料刻蚀出现的非均匀性加工缺陷，可以通过增大离子束扫描每点的停留时间来加以改善。
聚焦离子束轰击固体材料时，固体材料的原子被溅射逸出的过程中，部分原子会落回样品表面，该过程称为再沉积。
增大离子束在每点的停留时间，再沉积的影响就会增强，再沉积的原子落入凹陷处的几率更高，可以起到平坦化的作用，从而改善刻蚀底面的平整性。
气体辅助刻蚀可以大大提高刻蚀速率，减少再沉积，提高深宽比极限。
（离子束辅助沉积）聚焦离子束辅助沉积实际上是利用高能量的离子束辐照诱导特定区域发生化学气相沉积反应，有时也被称为离子束诱导沉积。
由于辅助沉积过程中，离子束不断地轰击样品表面，刻蚀与沉积的过程并存。
因此，应严格控制束流密度。
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!。
电子束聚焦的实验报告
电子束聚焦的实验报告
《电子束聚焦的实验报告》
近日，我们进行了一项关于电子束聚焦的实验，旨在探究电子束在聚焦过程中
的性能和特性。
在实验中，我们使用了一台电子束聚焦仪，并对其进行了一系
列的观察和测量。
首先，我们将电子束聚焦仪调整到最佳状态，确保电子束能够准确地聚焦在样
品表面。
随后，我们使用电子显微镜观察了电子束在样品表面的聚焦效果。
通
过观察，我们发现电子束在聚焦过程中能够精确地聚焦在样品表面，并且能够
清晰地显示出样品的微观结构和表面形貌。
接着，我们对电子束的聚焦性能进行了一系列的测量和分析。
我们测量了电子
束的聚焦深度、聚焦精度和聚焦速度等参数，并对其进行了详细的分析。
通过
实验数据的分析，我们发现电子束在聚焦过程中具有较高的聚焦精度和速度，
并且能够在较短的时间内完成对样品的聚焦，这为电子束在材料表面加工和表
征等领域的应用提供了重要的支撑。
最后，我们对实验结果进行了总结和讨论。
我们认为，电子束聚焦技术具有广
阔的应用前景，能够在材料科学、纳米技术和生物医学等领域发挥重要作用。
同时，我们也指出了电子束聚焦技术在实际应用中可能面临的挑战和问题，并
提出了一些改进和完善的建议。
总的来说，本次实验为我们深入了解电子束聚焦技术的性能和特性提供了重要
的参考和数据支持，为该技术的进一步研究和应用奠定了良好的基础。
我们相信，通过不断地探索和创新，电子束聚焦技术将会在未来发挥更加重要的作用，为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。
大学物理实验电子束的偏转与聚焦实验报告
大学物理实验电子束的偏转与聚焦实验报告一、实验目的1、研究电子束在电场和磁场中的偏转规律。
2、了解电子束的聚焦原理和方法。
3、掌握测量电子束偏转量和聚焦效果的实验技术。
二、实验原理1、电子束在电场中的偏转当电子束在均匀电场中运动时，受到电场力的作用会发生偏转。
假设电场强度为 E，电子电荷量为 e，电子进入电场时的速度为 v₀，在电场中的运动时间为 t，则电子在电场方向上的加速度为 a ＝ eE ／ m （m 为电子质量）。
电子在电场方向上的偏转位移 y 可以表示为：y ＝1/2 at²。
2、电子束在磁场中的偏转电子束在垂直于其运动方向的磁场中运动时，会受到洛伦兹力的作用而发生偏转。
当磁场强度为 B 时，电子受到的洛伦兹力大小为 F ＝ev₀B，电子在磁场中的偏转半径 R 可以表示为：R ＝ mv₀／（eB)。
3、电子束的聚焦电子束的聚焦通常采用静电聚焦或磁聚焦的方法。
静电聚焦是通过在电子枪和荧光屏之间设置适当的静电场来实现聚焦；磁聚焦则是利用磁场使电子束聚焦。
三、实验仪器电子束实验仪、直流稳压电源、示波器、测量工具等。
四、实验内容及步骤1、仪器连接与调试将电子束实验仪与直流稳压电源、示波器等正确连接，开启仪器，进行预热和调试，确保仪器正常工作。
2、研究电子束在电场中的偏转（1）调节直流稳压电源，提供不同强度的电场。
（2）观察电子束在荧光屏上的偏转情况，记录偏转量与电场强度的关系。
3、研究电子束在磁场中的偏转（1）给磁场线圈通以不同大小的电流，产生不同强度的磁场。
（2）观察并记录电子束在磁场中的偏转情况，分析偏转量与磁场强度的关系。
4、电子束的聚焦实验（1）分别进行静电聚焦和磁聚焦实验。
（2）调整聚焦电压或电流，观察电子束在荧光屏上的聚焦效果，找到最佳聚焦状态。
五、实验数据记录与处理1、电子束在电场中的偏转｜电场强度（V/m）｜偏转量（mm）｜｜｜｜｜＿____|＿____|｜＿____|＿____|｜＿____|＿____|以电场强度为横坐标，偏转量为纵坐标，绘制曲线，并分析其线性关系。
电子束的偏转与聚焦现象实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除电子束的偏转与聚焦现象实验报告篇一：电子束的偏转与聚焦(北京科技大学物理实验报告)北京科技大学实验报告实验名称：电子束的偏转与聚焦实验目的、实验原理（见预习报告）实验数据及数据分析（数据及图见附页）A．电偏转的观测由图1、2、3、5可以清楚得看出，当阳极电压uz不变时，偏转电压随偏转量的增大线性变化。
第4张图可以看出，我测量的第五组数据是有问题的。
所以，我就放弃了第五组数据，作出了图5。
然后我分析了一下不同阳极电压下偏转电压随偏转量变化快慢。
显然，斜率即电偏转灵敏度，分别为：0.105,0.0915，0.082,0.0753,斜率是随着阳极电压的增大而减小的。
为了清晰明了，我把两者的关系用图表示出来上图说明阳极电压与图1,2,3,5的电偏转灵敏度之间几乎是成线性变化的。
阳极电压的增大导致了初速度的增加，而初速度越大偏转就越难，因而偏转灵敏度越小。
偏转距离De和偏转电压ud是成线性变化的。
至于De 与阳极电压uz的关系，根据图1,2,3,5中的公式，可以知道，当偏转电压ud为10V时，Dz分别为：1.025，0.912，0.785,0.744，所以根据下图可知：当偏转电压相同时，随着阳极电压的增大，偏转量增减少。
b磁偏转的观测图6,7,8是磁偏转观测部分的图。
这三张图说明了，偏转电流与偏转量是成一次函数关系变化的。
下图表示的是图6,7,8的斜率即磁偏转灵敏度与阳极电压的关系：显然，三个数据几乎是在一条直线上，所以磁偏灵敏度是和阳极电压成线性的。
并且随着阳极电压的增大磁偏灵敏度减小。
阳极电压增大导致电子速度的增大，电子就越不容易被偏转。
当uz不变时，Dm随着偏转电流I的增大而增大；当I 不变时，Dm随着uz的变大而减小，如图：（取I为100mA为基点）c电聚焦的观测由于聚焦是一种直观的感受，所以何时真正地聚焦了就属于自己的感觉了。
由图9可以看出，各个数据之间的相关程度R2=0.9812，相关性较低。
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
聚焦离子束（FIB）测试具有多种用途，以下是具体的介绍：
1.电路修复技术：它可以用于检验原型、修正bug、节省开支以及加快产品上市时间。
2.纵面结构分析：这项技术也可直接在试样上进行处理，无需额外的样品准备。
3.材料分析：在透射电镜（TEM）样品制备中，FIB测试可用于定点试片制作，从而
降低定点试片研磨对人员经验的依赖。
4.电压对比：它还可以用于判定Metal（Via/Contact）是否floating。
5.晶粒分析：FIB测试也可用于判定晶粒（Grain）的形状和大小。
在进行FIB测试时，需要注意以下事项：
1.样品要求：粉末样品至少需要有5微米以上的尺寸，并且不能具有磁性；薄膜或块
体样品的最大尺寸不超过2cm，高度不超过3mm，可以有磁性；对于强磁样品，应尽可能减小其尺寸。
2.样品确认：在送样前，需要在扫描电子显微镜（SEM）下确认样品满足FIB的要求。
3.杂质问题：需要注意FIB制样可能引入的杂质。
4.测试要求：在下单时需要写清楚所有的测试要求，以便一次完成所有的拍摄工作。
5.二次测试问题：由于制备的TEM样品厚度在50nm左右，二次测试过程中的取样、
移动样品等都可能造成样品损坏，因此无法达到拍摄目的。
因此，应尽可能在一次测试中完成所有需要的分析。
聚焦离子束和离子减薄
聚焦离子束和离子减薄聚焦离子束和离子减薄？哎呀，这听起来好像有点复杂，但其实嘛，说白了就跟在大显微镜下玩“放大缩小”一样，别看它名字这么高大上，做起来其实很有趣。
你知道的，现在的科研技术，很多都是通过一些微小的手段去研究那些肉眼无法看到的微观世界，而聚焦离子束和离子减薄，正是其中的关键技术之一。
想象一下，你把一束高速移动的离子打向样品表面，那一瞬间就能改变表面结构，甚至刮去一层“皮”，让你看清它的内部。
这种高精度的操作，常常被用在电子显微镜之类的设备中，是科学家们“揭开事物真面目”的秘密武器。
咱们先从聚焦离子束说起吧。
这个技术的原理并不复杂，简单来说，它就是通过一束束快速移动的离子（就像超级快的小子弹）集中到一个非常小的点上，精准地轰击到物质表面。
然后，经过这番“撞击”，样品的表面就会被刻蚀掉一点点，甚至可以把很小的区域切割成微小的层次。
这种方式，给我们带来的好处可是多得很，最明显的就是，它能帮助我们制造出非常精确的微结构。
就好像你用手电筒在墙上打光点，聚焦离子束的作用也在于“精准照射”，无论是打个孔，还是制作一个微型结构，它都能做到游刃有余。
想象一下，如果你想要做个超小型的芯片，这种技术绝对是必不可少的。
说到离子减薄呢，那就更有意思了。
离子减薄听起来像是把东西给“削薄”了，但这里面有个大智慧。
它的核心作用，是通过离子束持续地轰击样品，逐渐地把样品的表面层一点点“削减”掉。
为了更好地让你理解，你可以想象一下削铅笔，你不可能一下子就削到铅笔芯对吧？你得慢慢地削，直到铅笔的表面变得光滑，露出芯来。
离子减薄就是这么一种方式，它帮助科学家们在看样品内部结构时，能够“减去”表面那些不重要的层，直接看到里面的精彩内容。
这在电子显微镜观察时，尤其有用，因为只有把样品表面削薄到一个足够的程度，才能清晰看到里面的细节。
要说这种技术的妙处，真的是数不胜数。
想想看，在传统的科学研究中，要观察微小的物体，尤其是那些超细微的结构，普通的光学显微镜根本没法办到。
电子束的聚焦与偏转实验报告
电子束的聚焦与偏转实验报告一、实验目的1、了解电子束在电场和磁场中的运动规律。
2、掌握电子束聚焦和偏转的原理及方法。
3、学会使用电子束实验仪器，测量相关物理量。
二、实验原理1、电子在电场中的运动当电子在均匀电场中运动时，所受电场力为＼（F ＝ eE\）（其中＼（e\）为电子电荷量，＼（E\）为电场强度）。
电子在电场力的作用下会产生加速度＼（a ＝＼frac{F}｛m}＼）（＼（m\）为电子质量），从而改变其运动轨迹。
2、电子在磁场中的运动当电子以速度＼（v\）垂直进入均匀磁场＼（B\）时，电子受到洛伦兹力＼（F ＝ evB\）的作用，其运动轨迹为圆周运动，圆周半径＼（r ＝＼frac{mv}｛eB}＼）。
3、电子束的聚焦通过在电子枪阴极和阳极之间加适当的聚焦电场，可以使电子束会聚成较细的束流，提高电子束的强度和分辨率。
4、电子束的偏转在电子束的运动路径上加上垂直于其运动方向的电场或磁场，可以使电子束发生偏转。
三、实验仪器电子束实验仪、示波管、电源、测量仪器（如电压表、电流表等）四、实验内容及步骤1、观察电子束在不加电场和磁场时的运动轨迹（1）打开实验仪器电源，预热一段时间。
（2）调整仪器，使电子束在荧光屏上显示清晰。
（3）观察电子束在无外加场时的运动轨迹，记录其形状和位置。
2、研究电子束在电场中的偏转（1）在示波管的水平偏转极板上加一定的直流电压，观察电子束在水平方向的偏转情况。
（2）改变电压的大小和极性，记录电子束的偏转量与电压的关系。
（3）在示波管的垂直偏转极板上加直流电压，观察电子束在垂直方向的偏转情况，并记录偏转量与电压的关系。
3、研究电子束在磁场中的偏转（1）将磁场线圈接入电源，产生磁场。
（2）观察电子束在磁场中的偏转情况，改变磁场的强度和方向，记录电子束的偏转量与磁场的关系。
4、研究电子束的聚焦（1）调节聚焦电压，观察电子束的聚焦效果。
（2）找到最佳聚焦电压，使电子束的斑点最小最清晰。
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。
用Simion的研究离子束聚焦-文档资料
1.聚焦原理简介 2.比较三种透镜汇聚效果
使用Labview观察二级相变（20课时）
（不讲）
2019/2/17 张代谦 / 06300720441 1
模拟离子束聚焦实验
1. 聚焦原理简介
取中轴附近一个很小的圆柱空间
E
静电场散度为零要求侧面有柱对称 分布的汇聚电场。
膜孔状浸没透镜： 由两个膜孔电极构成
单透镜： 三个圆筒电极构成，第一 和第三电极有相同电位
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模拟离子束聚焦实验
2. 比较三种透镜聚焦效果
A. 改变电极之间的电位差，观察聚焦效果变化。
实验步骤： simion软件无法直接得到离子束半径，故取 一平面使其垂直于中轴（x轴），发射1000 个离子，得到1000个坐标；再用C程处理 1000个坐标得到离开轴距离最大值作为离子 束半径，改变截面位置，得到一条曲线。
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模拟离子束聚焦实验
2. 比较三种透镜聚焦效果
A. 改变电极之间的电位差，观察聚焦效果变化。
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模拟离子束聚焦实验
2. 比较三种透镜聚焦效果
A. 改变电极之间的电位差，观察聚焦效果变化。
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模拟离子束聚焦实验
2. 比较三种透镜聚焦效果
A. 改变电极之间的电位差，观察聚焦效果变化。
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模拟离子束聚焦实验
反映透镜场聚焦效果的量应该是
它越大，聚焦效果越强；反之亦然。
可看做透镜场整体对离子的汇聚效果。 它与离子束的聚焦半径之间应该存在某 种关系 (记为S)
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模拟离子束聚焦实验
2. 比较三种透镜聚焦效果
C. 聚焦效果与轴向电位曲线。
单透镜实验结果：（电压900V~1200V）
聚焦离子束报告
聚焦离子束报告离子束技术是一种高能量物理实验技术，主要应用于材料科学、能源技术、生命科学等领域，在研究新材料性质、改善材料性能、制造新型材料等方面发挥着重要作用。
随着离子束技术的发展，离子束加工成为重要的制造工艺之一。
因此，离子束技术已经成为研究和发掘材料科学的一个重要方面。
离子束技术是一种用高能量离子束照射待检材料表面，以研究和分析材料性质的技术。
离子束设备主要包括：离子源、加速器、束线和照射室等部分。
离子束技术有很多种，如植入、改质、沉积、辐照等。
离子源是获得离子束的关键设备，离子源的种类和性能直接影响到离子束的质量和稳定性。
目前，离子源主要分为固体离子源、液体离子源和气态离子源。
固体离子源是利用固态物质产生离子的一种离子源，液体离子源是利用液态物质产生离子的一种离子源，而气态离子源则是利用气态物质产生离子的一种离子源。
不同的离子源在不同的离子束加工过程中具有不同的优缺点。
离子加速器是将离子束加速到所需能量的重要设备。
离子加速器的类型主要包括：直线式加速器、同步加速器、旋转式加速器等。
离子束加速器的速度决定了离子束的能量和强度，并决定了离子束加工的效率和质量。
离子束束线是将离子束从加速器传输到照射室的通道，束线设计与维护也是离子束技术的一个重要方面。
束线包括静电透镜、质谱仪、加热器、解聚器等，通过束线的调节和控制，可以有效地减小离子束的波动和散焦等问题，提高离子束的质量和稳定性。
离子束照射室是进行离子束加工的地方，离子束照射室的设计和应用是离子束技术的另外一个重要部分。
离子束照射室包括靶台、样品台、真空系统、电极仪器等。
在离子束照射室内，离子束会与待检材料表面发生相互作用，使待检材料表面发生化学和物理变化，从而改变材料的性质和性能。
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聚焦离子束系统虚拟仿真实验报告姓名杨旺学号2220190690 专业班级航海技术四班一、实验目的1.理解聚焦离子束系统的基本结构和工作原理。
2.理解电子束与固体样品作用产生的信号在测试分析中的作用。
3.熟悉扫描电镜的参数设置和操作流程。
4.熟悉离子束刻蚀和沉积的技术特性。
二、实验原理聚焦离子束系统是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观形貌观测手段，包括扫描电子显微镜成像和离子束刻蚀沉积。
聚焦离子束系统的优点是:①有较高的放大倍数，20-30万倍之间连续可调；②有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构；③试样制备简单；④离子束刻蚀沉积。
1.聚焦离子束系统的构造聚焦离子束系统的构造主要是扫描电子显微镜。
扫描电子显微镜是由电子光学系统，信号收集处理、图象显示和记录系统，真空系统三个部分组成。
其中电子光学系统包括电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室。
扫描电子显微镜中的各个电磁透镜不做成像透镜用，而是起到将电子束逐级缩小的聚光作用。
扫描电子显微镜一般有三个聚光镜，前两个是强磁透镜，可把电子束缩小；第三个透镜是弱磁透镜，具有较长的焦距以便使样品和透镜之间留有一定的空间，装入各种信号接收器。
扫描电子显微镜中射到样品上的电子束直径越小，就相当于成像单元的尺寸越小，相应的放大倍数就越高。
2.聚焦离子束系统的工作原理（1）扫描线圈扫描线圈的作用是使电子束偏转，并在样品表面做有规则的扫动。
电子束在样品上的扫描动作和显像管上的扫描动作保持严格同步，因为它们是由同一个扫描发生器控制的。
电子束在样品表面有两种扫描方式，进行形貌分析时都采用光栅扫描方式。
当电子束进入上偏转线圈时，方向发生转折，随后又有下偏转线圈使它的方向发生第二次转折。
发生二次偏转的电子束通过末级透镜的光心射到样品表面。
在电子束偏转的同时还带有逐行扫描的动作，电子束在上下偏转线圈的作用下，在样品表面扫描出方形区域，相应地在样品上也画出一帧比例图像。
样品上各点受到电子束轰击时发出的信号可由信号探测器收集，并通过显示系统在显像管荧光屏上按强度描绘出来。
如果电子束经上偏转线圈转折后未经下偏转线圈改变方向，而直接由末级透镜折射到入射点位置，这种扫描方式称为角光栅扫描或摇摆扫描。
入射束被上偏转线圈转折的角度越大，则电子束在入射点上摇摆的角度也越大。
在进行电子束通道花样分析时，采用这种方式。
（2）样品室样品室内除放置样品外，还安置信号探测器。
样品台本身是个复杂而精密的组件，它能夹持一定尺寸的样品，并能使样品作平移、倾斜和旋转等运动，以利于对样品上每一特定位置进行各种分析。
（3）信号检测二次电子、背散射电子、透射电子的信号都可采用闪烁计数器来进行检测。
信号电子进入闪烁体后即引起电离，当离子和自由电子复合后就产生可见光。
可见光信号通过光导管送入光电倍增器，光信号放大，即又转化成电流信号输出，电流信号经视频放大器放大后就成为调制信号。
由于镜筒中的电子束和显像管中的电子束是同步扫描的，而荧光屏上每一点的亮度是根据样品上被激发出来的信号强度来调制的，因此样品上各点状态各不相同，所接受的信号也不相同，于是就在显像管上看到一幅反映样品各点状态的扫描电子显微图像。
（4）电子束与固体样品的相互作用具有高能量的入射电子束与固体样品的原子核及核外电子发生作用后，可产生多种物理信号，如图1所示。
图1. 电子束和样品表面作用的现象①背射电子背射电子是指被固体样品原子反射回来的一部分入射电子，其中包括弹性背反射电子和非弹性背反射电子。
弹性背反射电子是指被样品中原子反弹回来的，散射角大于90º的那些入射电子，其能量基本上没有变化（能量为数千到数万电子伏）。
非弹性背反射电子是入射电子和核外电子撞击后产生非弹性散射，不仅能量变化，而且方向也发生变化。
非弹性背反射电子的能量范围很宽，从数十电子伏到数千电子伏。
从数量上看，弹性背反射电子远比非弹性背反射电子所占的份额多。
背反射电子的产生范围在100nm-1mm深度，如图2所示。
背反射电子束成像分辨率一般为50-200nm（与电子束斑直径相当）。
背反射电子产额和二次电子产额与原子序数的关系如图2（b）所示，背反射电子的产额随原子序数的增加而增加，所以，利用背反射电子作为成像信号不仅能分析形貌特征，也可以用来显示原子序数衬度，定性进行成分分析。
（a）电子束在样品中的散射（b）电子的产额与原子序数关系图2. 电子束在样品中的散射现象②二次电子二次电子是指被入射电子轰击出来的核外电子。
由于原子核和外层价电子间的结合能很小，当原子的核外电子从入射电子获得了大于相应的结合能的能量后，可脱离原子成为自由电子。
如果这种散射过程发生在比较接近样品表层处，那些能量大于材料逸出功的自由电子可从样品表面逸出，变成真空中的自由电子，即二次电子。
二次电子来自表面5-10nm的区域，能量为0-50eV。
它对试样表面状态非常敏感，能有效地显示试样表面的微观形貌。
由于它发自试样表层，入射电子还没有被多次反射，因此产生二次电子的面积与入射电子的照射面积没有多大区别，所以二次电子的分辨率较高，一般可达到5-10nm。
聚焦离子束系统的分辨率一般就是二次电子的分辨率。
二次电子产额随原子序数的变化不大，它主要取决于表面形貌。
③特征X射线特征X射线是原子的内层电子受到激发以后在能级跃迁过程中直接释放的具有特征能量和波长的一种电磁波辐射。
X射线一般在试样的500nm-5mm深处发出。
④俄歇电子如果原子内层电子能级跃迁过程中释放出来的能量不是以X射线的形式释放，而是用该能量将核外另一电子打出，脱离原子变为二次电子，这种二次电子叫俄歇电子。
因每一种原子都有自己特定的壳层能量，所以它们的俄歇电子能量也各有特征值，能量在50-1500eV范围内。
俄歇电子是由试样表面极有限的几个原子层中发出的，这说明俄歇电子信号适用于表层化学成分分析。
3.扫描电子显微镜的主要性能（1）分辨率扫描电子显微镜分辨率的高低和检测信号的种类有关，见表1。
由表1中数据可以看出，二次电子和俄歇电子的分辨率高，而特征x射线调制成显微图像的分辨率低。
影响分辨本领的主要因素：入射电子束斑的大小，成像信号（二次电子、背散射电子等）。
俄歇电子和二次电子因为本身能量低以及平均自由程很短，一般在样品表面0.5~2nm 范围内激发俄歇电子，5~10 nm范围内激发二次电子。
由于入射电子束进入浅层表面时，尚未向横向扩展，因此俄歇电子、二次电子只能在一个和入射电子束斑直径相当的圆柱体内被激发出来，束斑直径就是一个成像单元，所以这两种电子分辨率很高；在样品深处激发出来的背散射电子、特征x射线由于横向扩散较大，使其成像单元的尺度增大，因此分辨率低。
（2）聚焦离子束系统的场深聚焦离子束系统的场深是指电子束在试样上扫描时，可获得清晰图像的深度范围。
当一束微细的电子束照射在表面粗糙的试样上时，由于电子束有一定发散度，除了焦平面处，电子束将展宽，场深与放大倍数及孔径光阑有关。
（3）放大倍数当电子束作光栅扫描时，若电子束在样品表面扫描的幅度为As,相应的在荧光屏上阴极射线同步扫描的幅度是Ac，Ac和As的比值就是扫描电子显微镜的放大倍数，即M=Ac/As。
4.聚焦离子束系统刻蚀沉积聚焦离子束刻蚀是指当定向高能离子向固体靶撞击时，能量从入射离子转移到固体表面原子上，如果固体表面原子间结合能低于入射离子能量时，固体表面原子就会被移开或从表面上被除掉。
通常离子束刻蚀所用的离子来自惰性气体。
聚焦离子束刻蚀的束斑可达100nm以下，最小的达到10nm加工结果。
相比电子与固体相互作用，离子在固体中的散射效应较小，并能以较快的速度进行小于50nm的刻蚀，故而聚焦离子束刻蚀是纳米加工的一种理想方法。
聚焦离子束沉积是利用离子束能量分解金属蒸汽或气相绝缘材料，在样品局部区域沉积。
三、实验仪器和材料聚焦离子束系统、Microscope Control v5.2.2 build 2898软件、Helios NexTGen Vacuum control软件、手动操作盘和工具箱。
实验材料：待测样品，导电胶。
镊子，螺丝刀，离子源四、实验内容1.样品的制备和装载。
2.样品室抽真空。
3.电镜扫描参数设置，观测样品、调节并获取扫描图像。
4.离子束刻蚀和离子束沉积五、实验步骤和操作流程开始实验首先进入实验场景窗体，实验场景的主窗体如图1所示。
图1. 聚焦离子束系统实验主场景2 样品制备(1)双击场景中的工具箱，打开样品制备大视图，如图2所示。
图2. 样品制备大视图(2)按照样品制备的顺序，点击样品操作界面下方的图标，依次将所需物品放置到合适的位置，完成样品制备操作。
1)点击样品托支架，样品托支架移动到桌面上，如图3所示。
图3. 移动样品托支架2)点击样品托，样品托移动到样品托的支架上，如图4所示。
图4. 样品托移动到样品托的支架上3)鼠标点击螺丝刀，螺丝刀移动到桌面上，并且自动固定样品托，如图5所示。
图5. 螺丝刀固定样品托4)再次点击样品托支架，另外一块样品托支架移动到桌面上，并放置在合适的位置，如图6所示。
图6. 另一块样品托支架移动到桌面5)点击导电胶图标，导电胶出现在桌面上，并自动移动到样品托表面，在样品托表面粘贴留下一块导电胶，如图7所示。
图7. 导电胶自动移到样品托表面6)鼠标点击样品，样品出现在样品托上，如图8所示。
图8. 样品出现在样品托上7)再次点击导电胶，使用导电胶在样品的表面再次粘贴，如图9所示。
图9. 在样品的表面再贴导电胶8)放置样品托支架的夹子，至此完成样品制备，如图10所示。
图10. 制备的样品3 装载样品(1)鼠标点击场景中操作软件，打开操作大视图，然后点击“Vent”按钮，向样品腔内充入氮气，如图11所示。
图11. 软件操作界面(2)点击场景中的样品腔，打开样品腔，如图12所示。
图12. 打开样品腔(3)点击样品，放入样品，此时可以看见样品的平台，如图13所示。
图13. 在样品平台放样品(4)点击“确定”按钮，出现螺丝刀，将样品固定好，如图14所示。
图14. 固定样品窗口(5)点击样品腔舱门，关闭样品腔。
(6)样品室抽真空。
鼠标点Microscope Control软件控制栏中的pump按钮，开始抽气。
抽气最开始时，要帮推样品室舱门，样品室开始抽真空。
样品室抽成真空以后，软件控制界面中样品室观察窗口会显示样品台，如图15所示。
图15. 样品室抽真空4 观察样品（1）软件系统开机打开Microscope Control软件控制界面。
软件界面主要由4个观察窗口（电子束观察窗口，离子束观察窗口，样品导航窗口和样品室观察窗口）和1个操作栏组成，如图16所示。
图16. Microscope Control软件控制界面（2）低倍下先初步将样品聚焦，调好亮度，对比度1）打开蒙太奇扫描窗口鼠标点击软件控制界面的导航窗口，选择当前活动窗口，窗口下方的信息栏变亮。