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FIB系统的结构及其实际应用

2025/10/23 15:43:00

双束技术:FIB与SEM的协同工作

双束聚焦离子束显微镜的关键在于其双束技术,离子束(FIB)用于样品的精确切割和蚀刻,而电子束(SEM)则捕捉样品的高分辨率图像。SEM垂直安装,FIB则以一定角度倾斜安装,两者之间形成52°的夹角,这种设计使得SEM能够提供高达100万倍的放大倍数,有效弥补了单束FIB成像分辨率的不足。


FIB机台的核心组件

1. 操控器(Manipulator):用于精确控制样品的位置或拾取微小的加工部件,确保加工过程的精确性。


2. 二次电子检测器(ETD):检测样品表面的二次电子信号,生成高分辨率的表面形貌图像。


3. 背散射电子探测器(BSE Detector):检测背散射电子信号,与样品的原子序数相关,适用于观察材料的成分分布或原子序数对比。


4. 气体注入系统(Gas Injection System, GIS):向加工区域注入气体,用于辅助刻蚀或沉积。


5. 能量色散X射线探测器(EDS Detector):分析样品的元素组成成分。


6. 电子背散射衍射探测器(EBSD Detector):获取样品的晶体结构、取向和应力等信息。


单束FIB机台的精密构造

单束FIB机台的核心是液态金属离子源,通常使用液态镓作为离子源。这种离子源通过电场加速液态金属中的离子,形成高能离子束,用于样品的加工和分析。


离子束的聚焦与调节

1. 聚光透镜(Condenser Lens):预先聚焦离子束,提高束流密度。


2. 束选择孔径(Beam Selective Aperture):选择离子束的直径和角度,过滤不必要的离子,控制最终束斑尺寸。


3. 四极透镜(Quadrupole):调节离子束的形状,提高束流的方向性和均匀性。


4. 遮挡板(Blanking Plates):通过施加电场偏转离子束,避免无效曝光,快速控制离子束的开闭。


5. 八极透镜(Octupole):校正高阶像差,确保离子束的高精度聚焦能力。


6. 物镜(Objective Lens):调整离子束束斑的大小和形状,以适应不同的加工需求。


FIB制样的多样性

精密切割:通过粒子的物理碰撞来实现样品的精确切割。
材料选择性蒸镀:利用离子束能量分解有机金属蒸汽或气相绝缘材料,实现导体或非导体的局部沉积。
高分辨率SEM成像:利用SEM的高分辨率图像进行精密的终点探测。
制备TEM样品:FIB技术能够直接从样品中切取薄膜,用于透射电镜(TEM)的研究。
元素组分的半定量分析:配备能谱仪(EDX)进行样品元素组分的半定量分析。

FIB技术的实际应用

截面切割与表征分析:FIB的溅射刻蚀功能允许对样品进行精确的定点切割,观察其横截面的形貌和尺寸,并结合元素分析系统对截面成分进行分析。金鉴实验室通过截面分析,能够成功帮助客户发现由于材料不均匀分布导致的局部过热问题,提供有效的解决方案。
芯片修复与线路修改:FIB技术能够改变电路连线的方向,诊断并修正电路中的错误,直接在芯片上进行修改,降低研发成本,加快研发速度。
TEM样品制备:FIB技术辅助TEM样品制备,缩短了样品制备的时间,提高了制样的精确度和成功率。
纳米器件的制造:FIB技术能够在器件表面进行纳米级别的加工,对于纳米电子器件的制造和研究具有重要意义。随着技术的不断进步,FIB技术在半导体领域的重要性日益凸显,它不仅推动了科技的发展,也为半导体技术的未来发展提供了无限可能。检测请联系18148990106。


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