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从双束电镜(FIB)探秘微观世界

更新时间:2023-08-10  |  点击率:220

在半导体技术步入纳米时代之后,纳米尺度制造业得到了飞速发展,其中纳米加工是纳米制造业中最核心的组成部分,纳米加工中最有代表性的手段是聚焦离子束。近年来发展起来的聚焦离子束技术(FIB)采用高强度聚焦离子束纳米加工材料,并结合扫描电镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)三维原子探针(APT)分析电镜技术已成为纳米级分析,制造的主要手段。现已在新材料和半导体集成电路等领域得到广泛的应用。

电子显微镜

我们先来了解一下什么是电子显微镜?

电子显微镜根据其构造及使用方式的不同,可以分为透射式,扫描式,反射式,发射式电子显微镜,根据它们的工作原理及应用领域和它们所要求的差异来进行选择。电子显微镜是根据电子光学原理,用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜,使物质的细微结构在级高的放大倍数下成像的仪器。

近年来电镜的研究与制造取得了长足的进步:电镜分辨率越来越高,透射电镜点分辨率高达0.1-0.2nm,晶格分辨率已达约0.1nm。利用电镜已可直接观测原子像。


扫描电子显微镜(SEM)

扫描电子显微镜是介于透射电子显微镜和光学显微镜(OM)之间的一种观察方法。用聚焦后的极窄高能电子束扫描试样,利用电子束和物质之间的作用激发出多种物理信息并进行采集,放大和重新成像,从而实现物质微观形貌表征。新式扫描电子显微镜分辨率高达0.05nm;放大倍数可达百万倍或更高的连续可调;且景深较大、视野开阔、成像立体效果良好。另外结合扫描电子显微镜等分析仪器可实现在观测微观形貌时对物质微区成分的分析。扫描电子显微镜广泛地应用于岩土,石墨,陶瓷和纳米材料的研究中。


双束聚焦离子束-扫描电子显微镜(FIB-SEM)

而今天所介绍的;“双束电镜" Dual Beam Focused Ion Beam(FIB)是双束聚焦离子束扫描电子显微镜的简称,是在扫描电镜的基础上加装了离子束系统,机械臂(Easy lift)和气体注入系统(GIS)等配件。

双束的主要作用有两个:

1)成像:

把液态金属离子源输出的离子束加速,聚焦之后用来轰击试样表面使其产生二次电子信号,从而得到试样表面电子像(与SEM相似);

2)加工:

聚焦离子束系统中的离子束是由液态离子源在强电场的作用下拉出带正电荷的离子,再经静电透镜、多级偏转装置最终聚焦而成,从而完成微纳级别的表面形貌处理。如果将化学气体反应系统与物理溅射方式配合使用,就可以达到选择性地剥离金属、氧化硅层或者沉积金属层。


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