聚焦离子束（FIB）在加工硅材料的应用

在材料分析中的关键作用

在材料科学领域，聚焦离子束（FIB）技术已经成为一种重要的工具，尤其在制备透射电子显微镜（TEM）样品时显示出其独特的优势。金鉴实验室作为行业领先的检测机构，能够帮助研究人员准确评估FIB加工对材料的影响，确保样品的质量和分析的可靠性。

本文将深入探讨FIB技术在TEM样品制备中的应用，并分析由此产生的人工缺陷问题。

FIB技术的卓越性能

FIB技术以其卓越的定位精度和高效的制备流程，大大缩短了样品制备时间，并能够生产出具有平整表面和平行边缘的TEM样品。

制备TEM样品的FIB方法

FIB技术制备TEM样品主要有两种方法：一种是在预先减薄的样品中制作“H型”截面；另一种是从块状样品中直接制备电子透明的截面，并通过微操纵技术将其转移到网格上进行TEM分析。每种方法都有其特定的优势，且可以根据具体的研磨顺序和束流条件进行优化。

人工缺陷的多样性与影响

FIB制备的TEM样品中观察到的人工缺陷包括“窗帘效应”和非晶层的形成。这些缺陷不仅影响了样品的局部厚度，而且在高分辨率TEM分析中对分析质量有显著影响。通过降低离子束能量，可以有效减少这些损伤层的厚度。

镓离子残留与再沉积的影响

在FIB加工过程中，镓离子的残留和再沉积现象对样品的微区化学分析造成了影响。镓离子与样品相互作用产生的碰撞损伤可能导致空位和间隙原子的形成，进而影响样品位错结构的分析。再沉积现象尤其在化学成分复杂的样品中更为显著。

实验方法与分析

本研究采用单晶Si(100)衬底，通过FIB刻蚀技术进行离子束扫描。实验发现，不同能量和束流条件下刻蚀出的沟槽显示出不同的损伤层结构和厚度。

研究的结果

FIB制备的TEM样品中的损伤结构和厚度与已有研究结果相吻合。30keV FIB加工后TEM样品中侧壁损伤的厚度与先前的数据一致。Zeigler的注入模型帮助我们理解了镓离子在硅基底上的损伤剖面，蒙特卡罗模拟计算结果与实验观察结果相符。尽管FIB技术在TEM样品制备中存在引入人工缺陷的挑战，但其在提高样品制备精度和效率方面的优势使其成为材料表征不可或缺的工具。