納米科技是當前科學研究的前沿領域，納米測量學和納米加工技術在其中扮演著至關重要的角色。電子束和離子束等工藝是實現納米尺度加工的關鍵手段。特別是聚焦離子束（FIB）系統，通過結合高強度的離子束和實時觀測技術，為納米器件的制造和加工提供了新的可能性。金鑒實驗室在這一領域擁有豐富的經驗和專業的設備，能夠為客戶提供全面的測試和分析服務。本文將詳細介紹聚焦離子束系統的工作原理、應用領域以及未來的發展趨勢。

一、聚焦離子束系統的結構與原理

1. 系統結構：

聚焦離子束系統的核心是離子柱，位于樣品室頂部，包含液態金屬離子源、聚焦裝置、束流限制和偏轉裝置等。樣品室內設有五維可調樣品架，實現多方向分析和處理。

2. 工作原理：

離子柱尖端的液態離子源在強電場作用下提取帶有正電荷的離子，通過靜電透鏡和四極/八級偏轉裝置進行聚焦和掃描。系統在高真空狀態下工作，以防止離子束受到氣體分子的影響。金鑒實驗室擁有高端的聚焦離子束設備，能夠進行精確的樣品定位與分析，為客戶提供可靠的測試結果，確保研究的順利進行。

二、聚焦離子束的應用：

為了方便大家對材料進行深入的失效分析及研究，金鑒實驗室具備Dual Beam FIB-SEM業務，包括透射電鏡( TEM)樣品制備，材料微觀截面截取與觀察、樣品微觀刻蝕與沉積以及材料三維成像及分析等。

1. 離子束成像：

利用探測器接收激發出的二次電子來成像，聚焦離子束轟擊樣品表面，激發出二次電子、中性原子、二次離子和光子等。與掃描電子顯微鏡相比，離子束成像能更真實地反映材料表層的詳細形貌。

2. 離子束刻蝕：

包括物理離子束刻蝕和反應離子束刻蝕，通過離子束的動量傳遞和化學反應實現材料的刻蝕。適用于納米級材料的加工，如氧化鋅納米帶的刻蝕。

圖2. 光纖上精確刻蝕的線寬140 nm的周期結構。Bar：2um

3. 離子束沉積薄膜：

利用離子束的能量激發化學反應來沉積金屬材料和非金屬材料。通過氣體注入系統將金屬有機物氣體噴涂在樣品上，離子束能量使有機物分解，固體成分被沉積下來。

圖3. 氣體注入沉積工作原理圖

4. 離子注入：

利用聚焦離子束系統進行無掩模注入離子，精確控制注入的深度和廣度。與傳統掩模注入法相比，節省成本和加工時間。

圖4. FIB在Can襯底上沉積的SiO2：環形結構。Bar=2um

5. 透射電子顯微鏡樣品制備：

利用聚焦離子束技術精確定位樣品，減少因離子束轟擊而引起的損傷。通過在樣品保留區域上沉積一層Pt，保護該區域并逐步調整聚焦離子束的束流，實現高質量的“薄墻”制備。

圖5. 透射電鏡精確定位樣品制備示意圖

圖6. 透射電鏡樣品制備實例

利用其微加工和定位功能輔助透射電鏡制樣，大大縮短了精確定位透射電鏡樣品制備時間，提高了制樣精確度和成功率。結合掃描電鏡、透射電鏡、X射線能譜和二次離子質譜等可在微米、納米尺度進行微區剖面形貌、結構和組分析舊引，極大地支持了微納米器件工藝評價和失效分析工作。

三、聚焦離子束電子束雙束系統

金鑒實驗室的雙束系統在多種研究領域中展現出優越的性能，能夠為客戶提供全面的分析和測試服務。

1. 系統優勢：

結合了聚焦離子束和電子束的優點，避免了各自的缺陷。掃描電子束可中和離子束轟擊在樣品表面殘留的正電荷，反之亦然。

圖7. 聚焦離子束電子束雙束系統結構示意圖

2. 應用領域：

廣泛應用于納米科技、材料科學和生命科學領域的研究。配備X射線能譜（EDX）和背散射電子衍射儀（EBSD）進行微區成分分析和材料結構分析。

四、展望

1. 技術挑戰：

隨著集成電路器件體積的減小和密度的增加，分析設備的空間分辨率和雜質探測靈敏度要求越來越高。

2. 技術進步聚：

焦離子束技術在集成電路、半導體產業等領域的應用促進了其自身技術的進步，技術指標不斷提高，應用范圍更為廣泛。金鑒實驗室作為一家提供檢測、鑒定、認證和研發服務的第三方檢測與分析機構，擁有先進的測試設備和專業的技術團隊，能夠確保材料檢測的準確性和可靠性。實驗室還積極參與國際標準的制定和更新，以確保服務的前瞻性和國際化水平。