FIB-SEM双束系统在材料科学领域的应用

聚焦离子束（FIB）与扫描电子显微镜（SEM）耦合成为FIB-SEM双束系统后，通过结合相应的气体沉积装置，纳米操纵仪，各种探测器及可控的样品台等附件成为一个集微区成像、加工、分析、操纵于一体的分析仪器。其应用范围也已经从半导体行业拓展至材料科学、生命科学和地质学等众多领域。为方便客户对材料进行深入的失效分析及研究，金鉴实验室现推出Dual Beam FIB-SEM制样业务，并介绍Dual Beam FIB-SEM在材料科学领域的一些典型应用，包括透射电镜（ TEM）样品制备，材料微观截面截取与观察、样品微观刻蚀与沉积以及材料三维成像及分析。

1. 设备参数

ZEISS Auriga Compact

1.场发射扫描电镜（SEM）：各种材料形貌观察和分析，如金属、半导体、陶瓷、高分子材料、有机聚合物等，放大率：12×～1000，000×；分辨率1.0nm @ 15kV；1.9 nm @ 1kV；

2.X射线能谱分析仪（EDS）：材料微区成分分析；MnKa峰的半高宽优于127eV；CKa峰的版高宽优于56Ev;FKa峰的半高宽优于64eV；元素Be4-U92；

3.聚焦离子束系统（FIB）：材料微纳结构的样品制备，包括：SEM在线观察下制备TEM样品、材料微观截面截取与观察、样品微观刻蚀与沉积等，放大率：300×～500，000×；分辨率2.5nm @ 30kV。

4.背散射电子探头（BSD）：基于不同元素衬度不同，BSD探头除了观察样品形貌衬度，同时能够实现对样品成分衬度的观察。

5.纳米操纵手：用于超薄样品（纳米级）固定转移及精细加工。

6.气相沉积系统（GIS）：FIB加工前为材料提供保护层，或用于材料精加工。

Dual Beam FIB-SEM制样：

FIB主要用于材料微纳结构的样品制备，包括：TEM样品制备、材料微观截面截取与观察、样品微观刻蚀与沉积等。

1.TEM样品制备

对比与传统的电解双喷，离子减薄方式制备TEM样品，FIB可实现快速定点制样，获得高质量TEM样品。

案例一：

使用Dual Beam FIB-SEM系统制备高质量TEM样品。

a、FIB粗加工

b、纳米手转移

c、FIB精细加工完成制样

2.材料微观截面截取

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。

案例二：

金鉴实验室针对膜层内部缺陷通过FIB精细加工至缺陷根源处，同时结合前段生产工艺找出缺陷产生点，通过调整工艺解决产品缺陷。

案例三：

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.气相沉积（GIS）

FIB GIS系统搭载Pt气体，其作用除了对样品表面起到保护作用，还能根据其导电特性对样品进行加工。FIB加工前为材料提供保护层，或用于材料精加工。

案例四：

纳米材料电阻无法直接进行测量，通过FIB GIS系统对其沉积Pt，将其连接到电极上进行四探针法测电阻。

4.三维重构

FIB-SEM三维重构系统是通过FIB连续切出多个截面再通过软件将一系列2D图像转换为3D图像。

责任编辑：tzh