聚焦离子束技术：微纳米制造与分析的利器

聚焦离子束技术概述

聚焦离子束（Focused Ion Beam，FIB）技术是微纳米尺度制造与分析领域的一项关键核心技术。其原理是利用静电透镜将离子源汇聚成极为精细的束斑，束斑直径可精细至约5纳米。

当这束高能离子束轰击材料表面时，能够在纳米尺度上对材料实施剥离、沉积、注入、切割和改性等一系列操作。

FIB/SEM双束系统加工过程

FIB/SEM双束系统是聚焦离子束技术发展的一个重要里程碑。该系统将扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy，SEM）与FIB系统耦合在一起，实现了离子束加工与电子束成像的同步进行。在工作过程中，样品被放置在FIB和SEM的共轴高度处，这样就能够同时利用电子束进行高分辨率成像和离子束进行加工。通过样品台的灵活倾转，还可以使样品表面与电子束或离子束保持垂直，从而确保加工和成像的精确性。

当FIB离子束轰击材料表面时，入射离子会在材料内部引发一系列复杂的散射过程。在这个过程中，离子不断失去能量，最终停留在材料内部。离子损失的能量主要有两个去向：一方面，通过与材料中的原子核发生碰撞，将部分能量传递给原子，使原子发生移位或者脱离材料表面，从而实现材料的刻蚀加工；

另一方面，将能量传递给原子核周围的电子，激发这些电子产生二次电子，或者剥离原子核周围的部分电子，使原子电离成离子，进而产生二次离子发射。这一过程不仅实现了材料的加工，还为后续的分析提供了重要的信号基础。

FIB/SEM双束系统应用领域

FIB/SEM双束系统的应用领域极为广泛，几乎涵盖了所有材料科学和微电子技术相关的领域。

在半导体材料领域，它可以用于芯片内部结构的定点观测、故障分析以及集成电路的修改等关键环节。对于锂电材料，能够进行微观结构的剖析和性能优化研究。金属材料、陶瓷材料、光电材料以及高分子材料等众多材料体系，都可以借助FIB/SEM双束系统进行微观结构的加工和性能分析。

此外，在离子注入、切割等微纳加工工艺中，FIB/SEM双束系统也发挥着不可或缺的作用，其高精度的加工能力为这些工艺的实现提供了有力支持。

FIB/SEM双束系统分析案例

1.材料微观截面截取与观察

SEM仅能观察材料表面信息，聚焦离子束的加入可以对材料纵向加工观察材料内部形貌，通过对膜层内部厚度监控以及对缺陷失效分析改善产品工艺，从根部解决产品失效问题。

（1）FIB切割键合线

利用FIB对键合线进行截面制样，不仅可以观察到截面晶格形貌，还可掌控镀层结构与厚度。

（2）FIB切割芯片金道

FIB-SEM产品工艺异常或调整后通过FIB获取膜层剖面对各膜层检查以及厚度的测量检测工艺稳定性。

（3）FIB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！

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。金鉴实验室在进行试验时，严格遵循相关标准操作，确保每一个测试环节都精准无误地符合标准要求。

（4）FIB其他领域定点、图形化切割

2.诱导沉积材料

利用电子束或离子束将金属有机气体化合物分解，从而可在样品的特定区域进行材料沉积。本系统沉积的材料为Pt，沉积的图形有点阵，直线等，利用系统沉积金属材料的功能，可对器件电路进行相应的修改，更改电路功能。

聚焦离子束技术及其衍生的FIB/SEM双束系统，以其独特的加工和分析能力，在微纳米尺度的科学研究和工业应用中发挥着越来越重要的作用。随着技术的不断进步和创新，其应用范围还将进一步拓展，为人类探索微观世界和推动科技发展提供更强大的工具支持。