聚焦离子束与扫描电镜结合：双束FIB-SEM切片应用

聚焦离子束技术

聚焦离子束（Focused Ion Beam，简称 FIB）技术作为一种前沿的纳米级加工与分析手段，近年来在众多领域崭露头角。它巧妙地融合了离子束技术与扫描电子显微镜（SEM）技术的优势，凭借其独特的原理、广泛的应用场景以及显著的优势，成为现代科学研究与工业生产中不可或缺的重要工具。

聚焦离子束系统的核心在于其独特的离子束生成与聚焦机制。

该系统以镓离子源为基础，通过双透镜聚焦柱将镓离子束聚焦至极小尺寸，进而利用高能量的聚焦离子束轰击样品表面，实现对材料的精密去除、沉积以及高分辨率成像。

具体而言，镓元素首先被离子化为Ga+离子，随后在电场的作用下被加速，并借助静电透镜的聚焦作用，将高能量的Ga+离子精准地投射到样品的指定位置，从而完成对样品的加工处理。这种技术巧妙地将FIB处理样品的功能与SEM观察成像的功能相结合，实现了加工与观察的无缝衔接，为纳米尺度下的材料研究与制造提供了有力的技术支持。

FIB-SEM双束系统及其应用

聚焦离子束与扫描电子显微镜的双束系统（FIB-SEM）是聚焦离子束技术的重要应用形式之一。该系统广泛应用于多种材料的分析与研究，包括光电材料、半导体材料、镀膜材料、金属材料、矿石、纳米材料、高分子材料、锂电材料、数据存储、生物材料以及通讯行业等众多领域。

FIB切片截面分析

FIB技术在截面分析方面具有显著优势，利用FIB技术能够精确地对器件的特定微区进行截面观测，并生成高分辨率的清晰图像。我们为客户提供的高精度截面分析服务，特别适用于微电子领域，能够有效帮助客户定点观测芯片的内部结构，分析光发射定位热点的截面结构缺陷等，确保材料的质量和性能。

FIB制备TEM样品过程

铂保护层沉积（Platinum deposition）：

采用电子束或离子束辅助沉积的方法，在待制备TEM试样的表面蒸镀一层铂保护覆层。这层保护覆层的作用在于防止最终的TEM试样在后续加工过程中受到Ga离子束的辐照损伤，从而确保样品的完整性和分析的准确性。

粗加工（Bulk-out）：

在待制备的TEM试样两侧，利用较大的离子束流快速挖取“V”型凹坑，为后续的薄片切割提供初步的形状基础。这一步骤的关键在于快速去除多余材料，同时尽量减少对目标区域的影响。

U型切割（U-cut）：

在粗加工的基础上，对TEM薄片的两端和底部进行切除，形成一个较为规则的薄片形状。这一步骤需要精确控制离子束的参数，以确保薄片的厚度和形状符合要求。

取出（Lift-out）：

使用显微操控针将TEM试样从块状基体中移出，并通过蒸镀铂的方式将试样与针粘结在一起。这一步骤需要极高的操作精度，以避免样品在转移过程中受损。

安装（Mount on Cu half-grid）：

将移出的TEM薄片转移到预先准备好的TEM支架上，并进行粘接固定。这一步骤需要确保薄片与支架之间的良好接触，以便于后续的分析工作。

最终减薄（Final milling）：

利用较小的离子束流对TEM薄片进行进一步减薄，直至其厚度达到约100纳米左右。这一步骤是制备TEM样品的关键环节，需要精确控制离子束的能量和束流大小，以确保薄片的厚度均匀且满足TEM分析的要求。

实用案例分享

1.切割支架镀层

利用FIB切割支架镀层，避免了传统切片模式导致的金属延展、碎屑填充、厚度偏差大的弊端，高分辨率的电镜下，镀层晶格形貌、内部缺陷一览无遗。

FIB-SEM扫描电镜下观察支架镀层截面形貌，镀层界限明显、结构及晶格形貌清晰，尺寸测量准确。此款支架在常规镀镍层上方镀铜，普通制样方法极其容易忽略此层结构，轻则造成判断失误，重则造成责任纠纷，经济损失！

利用FIB-SEM扫描电镜下观察支架镀层截面形貌。此款支架在镀铜层下方镀有约30纳米的镍层，在FIB-SEM下依然清晰可测！内部结构、基材或镀层的晶格、镀层缺陷清晰明了，给客户和供应商解决争论焦点，减少复测次数与支出。

2.微米级缺陷样品FIB-SEM截面测试

对于微米级缺陷样品的分析，FIB-SEM技术同样能够发挥重要作用。通过对样品进行精确的截面切割和观察，可以清晰地展示缺陷的位置和形态，为缺陷的成因分析和改进措施的制定提供重要依据。

3.PCB电路断裂位置分析

在电子电路领域，FIB-SEM技术可用于分析PCB电路的断裂位置。通过FIB切割PCB电路的截面，并利用SEM观察铜箔的金相结构，可以精确地定位断裂位置，并分析断裂的原因。这种分析方法对于提高PCB电路的可靠性和性能具有重要意义。

4.锡球截面分析

FIB技术还可用于切割锡球的截面，并对其进行分析。通过对锡球截面的观察，可以了解锡球的内部结构和成分分布，为锡球的质量控制和性能优化提供重要参考。