聚焦离子束(Focused Ion beam, FIB)
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。
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FIB双束系统的原理和应用
MOI
夏娟
什么是FIB ，FIB能做些什么?
Focused Ion Beam
3 nm spot size at 1pA 500 V-30 kV Ga+ 1pA to 20 nA
• FIB 是聚焦离子束显微镜 当离子束打到样品表面上的时候，会产
生一些二次离子信号，二次电子信号等，FIB通过对这些信号进行采集 和处理形成显微图像。
300x – 500 kx
束流
4pA – 20 nA (80nm 可选)
1 pA – 50 nA
加速电压
0.1 － 30 kV
1.0 – 30 kV
发射器
热场(Schottky)
Ga 离子源（LMIS）
气体注入器系统
a) 5通道气体注入器（Pt,C,Au, SiO2,XeF2,要求的其他气体） b) 带有集成式局部电荷中和器系统的4通道气体注入器（可以使用所有的标准探测器） c) 单通道气体注入器系统（Pt或要求的其他气体） d) 全自动和气动式可伸缩其他注入器（即局部电荷中和器）（可以使用所有的标准探测器）
FIB 能做而SEM 不能做的……
去除/沉积材料 显示材料衬度的二次离子图像 通道衬度 进行TEM样品制备 同时对样品进行加工和观察 离子束与样品的相互作用区比电子束小，一般是5
nm 到40 nm，在 30 kV 的能量下。
4
离子镜筒与电子镜筒的差别
和电子镜筒相比，离子镜筒具有自清洁的功能，几乎可以自动清 除各种颗粒和污染，终生几乎不需要什么清理，而电子束则不然 。
2
电子与 Ga+ 离子比较
离子是带正电的原子核，其质量和动量分
配权大于电子 (360 倍于电子)，这使得FIB 具有材料切割，成像和微观沉积的功能
FIB芯片探测技术简介
FIB芯片探测技术简介FIB（聚焦离子束，Focused Ion beam)是将液态金属(Ga)离子源产生的离子束经过离子枪加速,聚焦后照射于样品表面产生二次电子信号取得电子像.此功能与SEM（扫描电子显微镜）相似,或用强电流离子束对表面原子进行剥离,以完成微、纳米级表面形貌加工.通常是以物理溅射的方式搭配化学气体反应，有选择性的剥除金属,氧化硅层或沉积金属层。
FIB技术的在芯片设计及加工过程中的应用介绍：1.IC芯片电路修改用FIB对芯片电路进行物理修改可使芯片设计者对芯片问题处作针对性的测试,以便更快更准确的验证设计方案。
若芯片部份区域有问题,可通过FIB对此区域隔离或改正此区域功能,以便找到问题的症结。
FIB还能在最终产品量产之前提供部分样片和工程片,利用这些样片能加速终端产品的上市时间。
利用FIB修改芯片可以减少不成功的设计方案修改次数，缩短研发时间和周期。
2.Cross-Section 截面分析用FIB在IC芯片特定位置作截面断层,以便观测材料的截面结构与材质,定点分析芯片结构缺陷。
3.Probing Pad在复杂IC线路中任意位置引出测试点, 以便进一步使用探针台(Probe- station) 或E-beam 直接观测IC 内部信号。
4.FIB透射电镜样品制备这一技术的特点是从纳米或微米尺度的试样中直接切取可供透射电镜或高分辨电镜研究的薄膜。
试样可以为IC芯片、纳米材料、颗粒或表面改性后的包覆颗粒，对于纤维状试样，既可以切取横切面薄膜也可以切取纵切面薄膜。
对含有界面的试样或纳米多层膜，该技术可以制备研究界面结构的透射电镜试样。
技术的另一重要特点是对原始组织损伤很小。
5.材料的鉴定材料中每一个晶向的排列方向不同，可以利用遂穿对比图像进行晶界或晶粒大小分布的分析。
另外，也可加装EDS 或SIMS进行元素组成分析。
聚焦离子束技术
聚焦离子束技术一、简介聚焦离子束技术（Focused Ion Beam，FIB）是一种微电子束技术，它使用液态金属离子源产生离子束，然后通过一组电磁透镜将离子束聚焦到非常小的区域内。
这种技术在材料科学、半导体工程、生命科学和纳米科技等领域有着广泛的应用。
二、聚焦离子束技术的工作原理1. 离子源：聚焦离子束系统的核心是一个离子源，通常使用的是液态金属离子源。
液态金属离子源中的金属被加热到高温，使其蒸发并形成等离子体。
2. 离子提取：从等离子体中提取出金属离子，并将其加速到高速度。
3. 聚焦：通过一组电磁透镜将离子束聚焦到一个非常小的区域内。
电磁透镜可以是静电透镜或磁透镜，也可以是两者的组合。
4. 样品处理：聚焦的离子束可以用于切割、蚀刻、沉积和焊接样品。
离子束与样品的相互作用会产生二次粒子和溅射物质，这些二次粒子和溅射物质可以被用于分析样品的性质。
三、聚焦离子束技术的应用领域1. 半导体工程：聚焦离子束技术可以用于制造和修复半导体设备。
例如，可以使用FIB来切割芯片，或者修复集成电路中的缺陷。
2. 材料科学：聚焦离子束技术可以用于分析和处理各种材料。
例如，可以使用FIB来切割样品并进行元素分析，或者使用FIB来制造纳米结构和纳米器件。
3. 生命科学：聚焦离子束技术可以用于研究和操作生物样本。
例如，可以使用FIB来切割细胞或组织样本，或者使用FIB来制造纳米级的药物输送系统。
4. 纳米科技：聚焦离子束技术是纳米科技的重要工具。
它可以用于制造纳米结构和纳米器件，也可以用于研究纳米材料的性质。
5. 故障分析：FIB可以用于故障分析，通过在器件表面进行切割、刻蚀和显微观察，帮助确定电子器件中的故障位置和原因。
四、聚焦离子束技术的挑战和未来发展尽管聚焦离子束技术在许多领域都有广泛的应用，但它也面临着一些挑战。
例如，离子束与样品的相互作用会产生大量的二次粒子和溅射物质，这些二次粒子和溅射物质可能会污染样品和设备。
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。
半导体制造中fib、sem关键技术原理
半导体制造中fib、sem关键技术原理
在半导体制造中，Focused Ion Beam（FIB，聚焦离子束）和Scanning Electron Microscopy（SEM，扫描电子显微镜）是两项关键的技术，用于加工和检测半导体器件。
以下是它们的关键技术原理：1．Focused Ion Beam (FIB)：
原理：FIB使用高能离子束，通常是氙离子或镭离子，来定向照射半导体表面。
这些离子具有足够的能量，能够在半导体表面剥离原子，形成微小的凹陷或沟槽。
应用：FIB广泛用于样品切割、修复、修饰和掺杂。
在半导体制造中，它可以用于制作微小的结构、修复制程中的缺陷，以及进行器件的故障分析。
2．Scanning Electron Microscopy (SEM)：
原理：SEM使用电子束代替传统光线，通过扫描样品表面，获得样品表面的高分辨率图像。
当电子束与样品表面相互作用时，产生的信号（如二次电子、反向散射电子等）被检测并用于形成图像。
应用：SEM在半导体制造中用于检查表面形貌、观察晶体结构、评估工艺质量，以及进行故障分析。
它提供了高分辨率的表面图像，对于验证工艺步骤的准确性和器件结构的一致性非常重要。
这两项技术在半导体制造中发挥着关键作用，帮助工程师们精确地制造和评估微小尺寸的半导体器件。
FIB用于加工和修复，而SEM 则用于观察和检测微小结构。
它们的结合使用有助于确保高质量、高性能的半导体产品。
92030-电镜实验-FIB最新
按离子能量：
高能FIB系统
>100kev 中能FIB系统
10-100kev 低能FIB系统
<10kev
一.工作原理：
1.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
• 在源制造过程中，将直径0.5mm左右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。
• 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，
（4）离子束曝光
• 用离子束将某些高分子有机化合物发生交联或降解，实现抗蚀剂曝光。包
括扫描离子束曝光，掩模离子束曝光，投影离子束曝光。
• 优点：
• 离子束曝光与电子束相比的优缺点：
• 优点： • 高图形分辨率 • 曝光速度快
缺点： 对衬底材料的损伤 曝光速度有限制
• 无邻近效应
• 良好的曝光宽容度
二次离子成像与电子成像相比，可以获得良好的对比度，而后者可以 提供较高的分辨率。
分辨率
工作环境 样品环境
温度
扫描探针显微 镜（SPM）
透射电镜 （TEM）
横向0.1nm 纵向0.01nm
点分辨率 （0.3-0.5nm）
晶格分辨 （0.1-0.2nm）
实环境，大 气，溶液，
真空
高真空
室温或低 温
室温
聚焦离子束
（Focused Iron Beam）介绍
FIB技术
FIB技术摘要：FIB(聚焦离子束，Focused Ion beam)是将液态金属(Ga)离子源产生的离子束经过离子枪加速,聚焦后照射于样品表面产生二次电子信号取得电子像.此功能与SEM（扫描电子显微镜）相似,或用强电流离子束对表面原子进行剥离,以完成微、纳米级表面形貌加工.通常是以物理溅射的方式搭配化学气体反应，有选择性的剥除金属,氧化硅层或沉积金属层。
关键词：聚焦离子束FIB在芯片中的应用微纳加工技术微刀制备1.引言聚焦离子束( FIB) 技术的快速发展和实用化要归功于液态金属离子源的开发。
1970 年代初期美国Argonne 国家实验室的V.E.Krohn 和G..R.Ringo、英国Cluham 实验室的R.Clampitt 和美国Oregon 研究中心的J.Orloff 和L.W.Swanson 等人先后开发了不同类型的液态金属离子源, 并尝试应用于FIB 系统。
1978 年美国加州休斯研究所的R.L.Seliger 等人建立了世界上第一台Ga+ 液态金属离子源的FIB 加工系统, 开创了FIB 实用化的先河。
该系统的离子束斑直径为100 nm, 束流密度1.5 A/cm2, 束亮度达到3.3×106 A/cm2·sr。
到1980 年代和1990 年代, 在机理研究、装备研制和应用技术研究方面, FIB 技术都取得了长足进步,不同用途、多种结构的商品型FIB 系统批量投入市场, 配备到各类研究实验室, 一部分也进入半导体集成电路制造厂。
聚焦离子束技术在微电子行业的广泛应用, 大大提高了微电子工业上材料、工艺、器件分析及修补的精度和速度, 目前已经成为电子技术领域必不可少的关键技术之一。
2. FIB系统的工作原理FIB 技术是利用静电透镜将离子束聚焦成极小尺寸的显微切割技术，目前商用FIB系统的粒子束是从液态金属离子源中引出。
由于Ga元素具有低熔点、低蒸汽压以及良好的抗氧化力，因而液态金属离子源中的金属材料多为Ga.3.FIB 技术的在芯片设计及加工过程中的应用1.）IC 芯片电路修改用FIB 对芯片电路进行物理修改可使芯片设计者对芯片问题处作针对性的测试,以便更快更准确的验证设计方案。
92613-电镜实验-FIB
一、FIB简介聚焦离子束(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。
二、工作原理1. 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]。
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。
fib聚焦离子束显微镜对样品的要求
fib聚焦离子束显微镜对样品的要求离子束显微镜（FIB，Focused Ion Beam）是一种利用离子束对样品进行加工和观测的先进显微镜技术。
与传统的电子显微镜相比，FIB具有更高的分辨率和更强的材料加工能力，被广泛应用于材料科学、纳米加工、半导体器件制备等领域。
为了获得准确可靠的显微观察结果，对样品的一些要求如下：1. 平整度：样品表面应尽可能平整，以确保离子束高效地聚焦和进入样品。
对于不平坦或有突起的样品，可以通过磨削、抛光等手段进行预处理。
2. 导电性：FIB显微镜在观察和加工样品时需要与样品建立电流通路。
因此，样品应具备一定的导电性，以避免在观察或加工过程中产生电极化现象。
对于不具备导电性的非导电样品，可以通过镀金、喷涂导电剂等方式增加样品的导电性。
3. 不光滑表面：在使用离子束进行显微观察或加工时，样品表面不能过于光滑，否则离子束容易在样品表面造成溢射。
因此，适当的表面粗糙度可以提高离子束的垂直进入样品表面的效果，从而获得更好的图像质量。
4. 不溶解性：对于需要加工的样品，离子束的撞击会引起样品的化学反应和损伤。
因此，样品应具备不溶解的特性，以保证样品在加工过程中不发生腐蚀、溶解等现象。
5. 稳定性：在FIB显微镜观察和加工过程中，样品需具备一定的稳定性，以防止样品移动或变形，从而影响观察或加工结果。
对于不稳定的样品，可以通过样品夹持装置、真空吸附等方式固定样品。
6. 机械强度：样品在加工过程中需要承受一定的机械力量，因此需要具备一定的机械强度，以防止样品在加工过程中发生破裂、脱落等情况。
对于机械性能较差的样品，可以进行加固或在离子束加工之前进行预处理。
7. 可移动性：在FIB显微镜观察和加工过程中，有时需要对样品进行移动或旋转。
因此，样品需要具备一定的可移动性，以便进行相应的调整。
综上所述，对于要应用离子束显微镜进行观察和加工的样品，需要具备平整度、导电性、不光滑表面、不溶解性、稳定性、机械强度和可移动性等特点。
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]。
聚焦离子束扫描电镜二次离子质谱
聚焦离子束扫描电镜二次离子质谱（Focused Ion Beam Scanning Electron Microscopy Secondary Ion Mass Spectrometry, FIB-SEMSIMS）是一种先进的表征技术，结合了离子束加工和质谱分析两种功能。
它广泛应用于材料科学、生物医药、地球科学等领域，为研究人员提供了极大的便利和帮助。
FIB-SEMSIMS技术通过离子束在样品上的加工和扫描，可以实现纳米尺度的加工和高分辨率的成像，同时在分析表面化学成分和空间分布方面也具有很高的灵敏度和分辨率。
让我们来详细了解一下FIB-SEMSIMS的工作原理和操作流程。
在FIB-SEM中，离子束通过磁场聚焦，可以实现对样品表面的精确加工和刻蚀。
扫描电子显微镜可以对样品进行成像，得到高分辨率的表面形貌图像。
在样品表面加工完毕后，离子束通过二次电子激发了样品表面的化学分子并将其逸出。
这些二次离子会被收集并传递到质谱仪中进行质谱分析。
通过测量二次离子的质荷比，可以确定不同元素的存在及其相对丰度。
接下来，让我们谈谈FIB-SEMSIMS技术在各个领域中的应用。
在材料科学领域，FIB-SEMSIMS可以对材料的组分和微观结构进行非常详细的分析，有助于研究材料的性能和制备工艺。
在生物医药领域，FIB-SEMSIMS可以用于细胞和组织的成分分析，帮助科研人员深入了解生物体的结构和功能。
在地球科学领域，FIB-SEMSIMS可以分析地质样品中的微量元素及其空间分布，为地质过程和资源勘探提供重要的信息。
FIB-SEMSIMS技术以其高分辨率、高灵敏度和多功能化特点，在材料科学、生物医药和地球科学等领域发挥了重要作用。
随着技术的不断进步和完善，相信FIB-SEMSIMS技术在更多领域都将展现出更广阔的应用前景。
从个人的角度来看，我认为FIB-SEMSIMS技术的发展是现代科学技术发展的一个缩影。
它将离子束加工和质谱分析两种功能融合在一起，实现了多功能化的表征和分析，为科研人员提供了更多的可能性和便利。
聚焦离子束fib 原理
聚焦离子束fib 原理
聚焦离子束FIB（Focused Ion Beam）是一种高精度的表面加工技术，它利用离子束的高能量和高精度聚焦能力，对材料表面进行加工和刻蚀。
聚焦离子束FIB技术在微电子、纳米技术、材料科学等领域有着广泛的应用。
聚焦离子束FIB技术的原理是利用离子束的高能量和高精度聚焦能力，将离子束聚焦到非常小的直径，然后通过控制离子束的位置和强度，对材料表面进行加工和刻蚀。
离子束的能量和聚焦能力决定了它的加工精度和深度，而离子束的种类和能量则决定了它的加工效果和材料选择。
聚焦离子束FIB技术的应用非常广泛，它可以用于制作微电子器件、纳米结构、光学元件、生物芯片等。
在微电子领域，聚焦离子束FIB技术可以用于制作芯片的金属线路、修复芯片的缺陷、制作芯片的掩膜等。
在纳米技术领域，聚焦离子束FIB技术可以用于制作纳米结构、纳米器件、纳米传感器等。
在材料科学领域，聚焦离子束FIB技术可以用于制作材料的纳米结构、表面修饰、材料分析等。
聚焦离子束FIB技术的优点是加工精度高、加工深度可控、加工速度快、加工范围广、加工材料多样化等。
但是，聚焦离子束FIB技术也存在一些缺点，比如加工成本高、加工过程中会产生较多的热量和辐射等。
聚焦离子束FIB技术是一种非常重要的表面加工技术，它在微电子、纳米技术、材料科学等领域有着广泛的应用。
随着科技的不断发展，聚焦离子束FIB技术将会越来越成熟，为人类的科技进步和社会发展做出更大的贡献。
fib聚焦离子束显微镜对样品的要求
fib聚焦离子束显微镜对样品的要求一、引言fib聚焦离子束显微镜（Focused Ion Beam, FIB）是一种高分辨率的材料特性表征仪器，广泛应用于材料科学、电子学、生物学等领域。
本文将探讨使用FIB显微镜对样品的要求。
二、样品的物理和化学要求1.样品表面平整度要求高，不得有过大的凹凸、波纹等缺陷。
2.样品应具有足够的导电性，以便在离子束轰击下保持其表面静电平衡，避免电荷积累和扭曲图像。
3.样品的温度稳定性要足够好，以便在离子束照射过程中不出现温度引起的尺寸变化。
三、样品的尺寸和形状要求1.样品的尺寸适中，不能过大，否则会增加离子束束宽对图像分辨率的影响。
2.样品的形状应允许离子束从任意角度照射，以获取全方位的信息。
3.样品的纵横比例应合理，避免因纵横比例失衡导致显微图像拉伸或压缩。
四、样品的制备要求1.样品制备过程中需要进行特定的预处理，如去除有机污染物、金属氧化物等。
2.样品制备过程中需确保充分的精细研磨和抛光，以获得光滑的表面。
3.样品在装备入FIB显微镜前需要进行灭菌处理，以避免繁殖细菌影响观测结果。
五、样品固定和定位要求1.样品需要使用合适的夹具固定在显微镜的样品台上，确保稳定性和精确定位。
2.样品固定后需进行初始对位，以使样品的感兴趣区域在显微镜的照射范围内。
六、样品的观测区域选择和扫描参数设置要求1.样品的观测区域应根据实际需要选择，确保所选择的区域具有代表性。
2.扫描参数的选择需根据实际情况调整，如离子束能量、扫描速度、扫描密度等。
3.离子束能量的选择需要平衡分辨率和损伤深度，以获取最佳的图像质量。
七、样品的后处理要求1.样品观测后需要进行图像后处理，以优化图像的对比度、亮度和清晰度。
2.后处理过程中需避免过度增强或修改图像，以免失真或引入人为偏差。
八、样品的数据分析和解释要求1.样品的观测数据需进行专业的分析和解释，以获取所需的材料特性信息。
2.数据分析过程中需基于先进的算法和模型，确保准确性和可靠性。
fib离子束与材料的相互作用
一、介绍FIB（Focused Ion Beam）离子束是一种常用于微纳加工和材料表征的工具，它通过聚焦控制离子束在材料表面进行加工或分析。
在这一过程中，离子束与材料发生相互作用，产生一系列物理和化学效应，影响着材料的性能和结构。
本文将对FIB离子束与材料的相互作用进行探讨，分析其影响机制和应用前景。
二、离子束与材料的相互作用机制1. 离子轰击效应离子束在与材料相互作用过程中，会产生离子轰击效应。
离子束的能量和剂量将影响材料的表面形貌和结构，甚至导致物理或化学性质的改变。
轰击效应是FIB加工和纳米加工的基础，也是材料表征中的关键因素。
2. 能量转移离子束通过碰撞和损失能量，将其传递给材料表面，引起局部温升和化学反应。
这种能量转移的效应会改变材料的晶体结构和电子状态，产生新的物理和化学性质。
3. 材料清除和修复离子束的轰击和能量转移会导致材料的局部损坏，甚至引起物质的清除。
离子束还可以通过材料表面的再结晶和再结合，实现对材料的修复和生长。
三、FIB离子束在微纳加工中的应用1. 纳米加工FIB离子束可以对材料进行高精度的纳米加工，包括刻蚀、雕刻和镀覆等。
其高分辨率和控制能力，使其成为纳米加工的重要工具，广泛应用于半导体器件、纳米器件和生物医学领域。
2. 三维纳米结构制备FIB离子束结合高分辨显微镜，可以实现对材料的三维纳米结构制备。
通过逐层加工和控制，可以制备出各种微纳米结构，拓展了纳米加工的领域和功能。
四、FIB离子束在材料表征中的应用1. 表面形貌分析FIB离子束可以用于对材料表面形貌的分析和修饰。
通过高分辨显微镜和离子束的组合，不仅可以对材料表面进行观察，还可以通过离子束进行定点切割和修饰，实现对微纳米结构的制备和分析。
2. 化学成分分析离子束还可以用于化学成分的分析和表征。
利用离子束的轰击和能量转移效应，可以激发材料表面的发射或反应，从而实现对材料的化学成分分析和能谱检测。
五、结论FIB离子束与材料的相互作用是一种复杂的物理和化学过程，影响着材料的性能和结构。
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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。
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/s r。
聚焦离子束系统聚焦式离子束技术是利用静电透镜将离子束聚焦成非常小尺寸的显微切割技术，目前商用FIB系统的粒子束是从液态金属离子源中引出。
由于镓元素具有低熔点、低蒸汽压以及良好的抗氧化力，因而液态金属离子源中的金属材料多为镓（Gallium，Ga）[3、4]。
图2给出了聚焦离子束系统结构示意图。
在离子柱顶端外加电场（Suppressor）于液态金属离子源，可使液态金属或合金形成细小尖端，再加上负电场（Extractor）牵引尖端的金属或合金，从而导出离子束，然后通过静电透镜聚焦，经过一连串可变化孔径（Automatic Variable Aperture，AVA）可决定离子束的大小，而后用E×B质量分析器筛选出所需要的离子种类，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，离子束轰击样品，产生的二次电子和离子被收集并成像或利用物理碰撞来实现切割或研磨。
2基本功能编辑聚焦离子束显微镜的基本功能可概分为四种：1. 定点切割(Precisional Cutting)-利用离子的物理碰撞来达到切割之目的。
广泛应用于集成电路(IC)和LCD的Cross Section加工和分析。
2. 选择性的材料蒸镀(Selective Deposition)-以离子束的能量分解有机金属蒸气或气相绝缘材料，在局部区域作导体或非导体的沉积，可提供金属和氧化层的沉积(Metal and TEOS Deposition)，常见的金属沉积有铂(Platinum,Pt)和钨(Tungstun,W)二种。
3. 强化性蚀刻或选择性蚀刻(Enhanced Etching-Iodine/Selective Etching-XeF2)-辅以腐蚀性气体，加速切割的效率或作选择性的材料去除。
4. 蚀刻终点侦测(End Point Detection)-侦测二次离子的讯号，藉以了解切割或蚀刻的进行状况。
在实际的应用上，为了有效的搜寻故障的区域或外来掉落的材料碎屑、尘埃、污染粒子(Particles)等位置，离子束显微镜在外围的控制系统上，可配备自动定位导航系统或影像重叠定位装置，当生产线的缺陷检视系统(Defect Inspection System)，例如:KLA或Tencor，发现制程异常时，可将芯片上缺陷的计算机档案传送到自动定位导航系统，离子束显微镜即可迅速找寻缺陷的位置，并进行切割动作，确认缺陷发生的层次，如此可避免芯片送出无尘室后与外界的灰尘混淆，达到 "Off-line 找到的就是In-line 看到的" 精准度，这种功能免除了工程师在试片制备上极大的困扰，同时节省了传统机械研磨法中大量的人力与工时，加之也大大的提升了成功率。
在新型的聚焦离子束显微镜，目前已有双束(Dual Beam)的机型(离子束+电子束)，在以离子束切割时，用电子束观察影像，除了可避免离子束继续 "破坏现场" 外，尚可有效的提高影像分辨率，同时也可配备X-光能谱分析仪或二次离子质谱仪，作元素分析之用，多样化的分析功能使得聚焦离子束显微镜的便利性及使用率大幅提升。
至于离子束显微镜在IC工业上的应用，主要可分为五大类：1.线路修补和布局验证；2.组件故障分析；3.生产线制程异常分析；4.IC 制程监控-例如光阻切割；5.穿透式电子显微镜试片制作。
在各类应用中，以线路修补和布局验证这一类的工作具有最大经济效益，局部的线路修改可省略重作光罩和初次试作的研发成本，这样的运作模式对缩短研发到量产的时程绝对有效，同时节省大量研发费用。
当我们欲进行产品侦错或故障分析时，在没有KLA或TENCOR等数据档案(例如：GDSII file)数据的情况下，对于小尺寸的晶粒或已经封装后的产品，亦可利用附属的影像重叠系统(Image Overlay System)，在光学显微镜下依据参考点定出欲分析位置的相对横向和纵向距离，而在离子束显微镜内迅速找到该位置，不需以人力费时的去寻找。
假若当欲分析处为前层次或是为平坦化制程，离子束显微镜的影像无法从上视(Top-View)的观察推断出确切的分析位置时，也可藉影像对准(Align Image)将离子束显微镜影像与光学显微镜影像重叠，再由光学显微镜影像定出欲切割位置，同样可达成定点位置的分析。
关于穿透式电子显微镜试片制作，离子束显微镜提供了另一种选择，在合理的工作时数(2-6小时)与成功率(> 90 %)的掌握度下，离子束显微镜不失为良好的试片制作工具。
由于离子束显微镜在辅以不同的化学气体时可具有材料沉积与蚀刻的功能，因此在5-10年前即引起人们对In-Situ Processing(在单一Chamber内连续完成所有制程) 的研究兴趣，许多先进的组件制作，例如：雷射二极管(Laser Diode)，量子井组件(Quantum Well Devices)等，都曾利用离子束显微镜的工作原理示范过组件的制作。
加之，因为离子束显微镜的离子源为镓离子，对硅晶材料而言，镓离子植入亦可作为P-Type接面的离子源，在过去的浅接面(Shallow Junction Formation)中，由于镓离子的扩散系数和穿隧效应比硼(Boron,B)来得小，因此也曾掀起研究的热潮。
此外在免光罩式的离子植入(Maskless Ion Implantation)应用上，由于离子束显微镜的离子束能量可随意调变，所以相较于传统式的光阻罩幕后单一能量离子布植，离子束显微镜不但可以作极小面积的离子布植(0.1埃0.1 um2 以下)，而且最特别的是布植区域的离子植入深度 (亦即 P/N 接面的深度)可依组件设计而调变，这将使得组件设计的空间更广更有趣；在IC工业的应用上，离子束显微镜在光罩修补(Mask Repair)上亦有取代雷射光的趋势，尤其是对相位转换光罩(Phase Shift Mask, PSM)的制作中，离子束显微镜的分辨率和修补的精准度(Repair Edge Placement Accuracy)都优于雷射光，在0.25 um以下的制程中，可预期的是离子束显微镜也将会在这个领域中活络起来。
3聚焦离子束曝光技术编辑聚焦离子束曝光技术概述聚焦离子束也可以像电子束那样作为一种曝光手段。
离子束曝光有非常高的灵敏度，这主要是因为在固体材料中的能量转移的效率远远高于电子。
常用的电子束曝光抗蚀剂对离子的灵敏度要比对电子束高100倍以上。
除了灵敏度高之外，离子束曝光的另一优点是几乎没有邻近效应。
由于离子本身的质量远大于电子，离子在抗蚀剂中的散射范围要远小于电子，并且几乎没有背散射效应。
聚焦离子束曝光是一种类似于电子束曝光的技术，它是在聚焦离子束技术基础上将原子离化后形成离子束的能量控制在10～200keV范围内，再对抗蚀剂进行曝光，从而获得微细线条的图形。
其曝光机理是离子束照射抗蚀剂并在其中沉积能量，使抗蚀剂起降解或交联反应，形成良溶胶或非溶凝胶，再通过显影，获得溶与非溶的对比图形。
聚焦离子束曝光技术自发展以来，由于其曝光深度有限以及曝光系统与曝光工艺的复杂性，发展受到了限制。
但在实验条件下，聚焦离子束仍可作为制作小批量研究性质的器件的一种工具。
真正把聚焦离子束认真地作为一种大规模集成电路生产的曝光工具来开发是20世纪90年代后期的聚焦离子束投影曝光技术。
聚焦离子束投影曝光技术根据是否有静电离子投影镜，聚焦离子束投影曝光技术可分为有掩模的1：1聚焦离子束投影曝光和有掩模的聚焦离子束缩小投影曝光两类。
有掩模的1：1聚焦离子束曝光，它包括离子源、离子束照明系统、镂空掩模和工件台等。
它是将平行的离子束照射在镂空掩模上，使掩模上的图像直接映在下面的工件台上，象拍照一样一次性产生曝光图形。
有掩模的离子束缩小投影曝光，它包括离子源、离子束系统、镂空掩模、静电离子束投影镜和工件台等。
它是在掩模和工件间加一个静电离子束投影镜，使经过掩模的图像按比例缩小到工件台上，从而使曝光图形的线宽得到进一步的缩小，同时也缩小了掩模制作上的缺陷，大大地降低了掩模的制作难度。
然而这种掩模也面临着应力和入射离子造成的发热等问题，为此采取了一系列措施，如：对掩模进行掺杂；对膜增加保护层；设计掩模冷却系统及通过有限元分析改进了掩模框架的设置，避免气流对掩模造成振动等。