一文带你了解聚焦离子束（FIB）

聚焦离子束（FIB）技术是一种高精度的纳米加工和分析工具，广泛应用于微电子、材料科学和生物医学等领域。FIB通过将高能离子束聚焦到样品表面，实现对材料的精确加工和分析。目前，使用Ga（镓）离子的FIB装置是最为常见的类型，因其具有良好的分辨率和加工能力。

FIB的三个基本功能

1.溅射功能

FIB的溅射功能是其最基础的应用之一。当Ga离子束聚焦并照射到样品表面时，样品表面的原子和团簇会被喷射出来。这一过程类似于物理溅射，但具有更高的精度和可控性。溅射功能使得FIB能够在纳米尺度上对材料进行微加工，例如刻蚀、切割和表面修饰等。这种功能在微电子器件的制造和修复中具有重要应用价值。

2.沉积功能

FIB的沉积功能允许在样品表面沉积金属或绝缘膜。在离子束照射的同时喷射W（碳化钨）等辅助气体，可以在照射位置沉积金属和绝缘物。这种沉积过程是通过化学反应实现的，例如Ga离子与辅助气体中的原子发生反应，形成沉积物。沉积功能与溅射功能相结合，可以实现复杂的微结构加工，如剖切断面和布线校正等。这种功能在微电子器件的制造和修复中同样具有重要作用，能够实现对器件结构的精确调整和修复。

3.观察功能

FIB的观察功能是通过扫描离子束并检测从照射位置发出的二次电子和二次离子来实现的。通过将检测到的信号强度成像，可以获得扫描离子显微镜（SIM）图像。SIM图像具有高分辨率和高对比度，能够清晰地显示样品表面的微观结构和形貌特征。由于FIB具有SIM功能，还可以在加工过程中进行实时观察和监控，确保加工的精度和质量。

FIB的多种功能

1.剖切断面和实时观察

FIB的剖切断面和实时观察功能是其在材料分析和缺陷检测中的重要应用之一。剖切断面和实时观察的步骤包括：首先，在需要剖切断面的部位沉积C和W等材料，以防止在露出截面时边缘崩塌；然后，从离目标观察位置有一定距离的部位开始浅挖，并在开始时增加离子束电流以提高挖掘速度，结束时减少离子束电流以提高精度；最后，将样品倾斜，以便从离子束照射的上方进行SIM观察。使用该方法对工艺次品进行剖切断面和实时观察的例子，通过FIB的剖面SIM图像可以清晰地观察到缺陷的具体位置和形态特征，为缺陷分析和改进提供了重要依据。

2.其他分析法预处理

FIB在其他分析方法的预处理中也具有重要作用。例如，在扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）/扫描透射电子显微镜（STEM）的剖面和平面观察样品制备中，FIB可以用于精确地切割和抛光样品，使其达到所需的厚度和表面平整度。此外，FIB还可以用于剥出焊盘进行探测，以及在电位对比度观察期间进行电荷释放处理等，为后续的分析和检测提供了良好的样品基础。

3.多晶金属晶粒微细结构观察

FIB还可以用于观察多晶金属晶粒的微细结构。FIB剖切断面并用SIM图像实时观察，可以清晰地观察到样品中不同晶粒的对比度差异。这种对比度被称为通道对比度，其差异的原因取决于Ga离子在表面附近释放了多少二次电子，而二次电子释放量的不同又取决于晶向的不同。

结论

聚焦离子束（FIB）技术以其高精度和多功能性，在微电子、材料科学和生物医学等领域具有广泛的应用前景。随着技术的不断发展和创新，FIB的应用范围和精度将进一步提高，为科学研究和产业发展做出更大的贡献。