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從雙束電鏡(FIB)探秘微觀世界

更新時間:2023-08-10  |  點擊率:1157

在半導體技術步入納米時代之后,納米尺度制造業(yè)得到了飛速發(fā)展,其中納米加工是納米制造業(yè)中最核心的組成部分,納米加工中最有代表性的手段是聚焦離子束。近年來發(fā)展起來的聚焦離子束技術(FIB)采用高強度聚焦離子束納米加工材料,并結(jié)合掃描電鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)三維原子探針(APT)分析電鏡技術已成為納米級分析,制造的主要手段?,F(xiàn)已在新材料和半導體集成電路等領域得到廣泛的應用。

電子顯微鏡

我們先來了解一下什么是電子顯微鏡?

電子顯微鏡根據(jù)其構(gòu)造及使用方式的不同,可以分為透射式,掃描式,反射式,發(fā)射式電子顯微鏡,根據(jù)它們的工作原理及應用領域和它們所要求的差異來進行選擇。電子顯微鏡是根據(jù)電子光學原理,用電子束和電子透鏡代替光束和光學透鏡,使物質(zhì)的細微結(jié)構(gòu)在級高的放大倍數(shù)下成像的儀器。

近年來電鏡的研究與制造取得了長足的進步:電鏡分辨率越來越高,透射電鏡點分辨率高達0.1-0.2nm,晶格分辨率已達約0.1nm。利用電鏡已可直接觀測原子像。


掃描電子顯微鏡(SEM)

掃描電子顯微鏡是介于透射電子顯微鏡和光學顯微鏡(OM)之間的一種觀察方法。用聚焦后的極窄高能電子束掃描試樣,利用電子束和物質(zhì)之間的作用激發(fā)出多種物理信息并進行采集,放大和重新成像,從而實現(xiàn)物質(zhì)微觀形貌表征。新式掃描電子顯微鏡分辨率高達0.05nm;放大倍數(shù)可達百萬倍或更高的連續(xù)可調(diào);且景深較大、視野開闊、成像立體效果良好。另外結(jié)合掃描電子顯微鏡等分析儀器可實現(xiàn)在觀測微觀形貌時對物質(zhì)微區(qū)成分的分析。掃描電子顯微鏡廣泛地應用于巖土,石墨,陶瓷和納米材料的研究中。


雙束聚焦離子束-掃描電子顯微鏡(FIB-SEM)

而今天所介紹的;“雙束電鏡" Dual Beam Focused Ion Beam(FIB)是雙束聚焦離子束掃描電子顯微鏡的簡稱,是在掃描電鏡的基礎上加裝了離子束系統(tǒng),機械臂(Easy lift)和氣體注入系統(tǒng)(GIS)等配件。

雙束的主要作用有兩個:

1)成像:

把液態(tài)金屬離子源輸出的離子束加速,聚焦之后用來轟擊試樣表面使其產(chǎn)生二次電子信號,從而得到試樣表面電子像(與SEM相似);

2)加工:

聚焦離子束系統(tǒng)中的離子束是由液態(tài)離子源在強電場的作用下拉出帶正電荷的離子,再經(jīng)靜電透鏡、多級偏轉(zhuǎn)裝置最終聚焦而成,從而完成微納級別的表面形貌處理。如果將化學氣體反應系統(tǒng)與物理濺射方式配合使用,就可以達到選擇性地剝離金屬、氧化硅層或者沉積金屬層。


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