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聚焦離子束和常規離子束微納加工技術

2024-07-23科學

聚焦離子束

聚焦離子束技術(Focused Ion beam,FIB)是利用電透鏡將離子束聚焦成非常小尺寸的離子束轟擊材料表面,實作材料的剝離、沈積、註入、切割和改性。

最近幾年發展起來的聚焦離子束技術(FIB)采用高強度聚焦離子束將材料奈米加工並結合掃描電鏡(SEM)和其他高倍數電子顯微鏡進行即時觀測,已成為奈米級分析,制造的一種主要手段。現已在半導體積體電路的改造,離子註入,切割及故障分析中得到廣泛的套用。

單束單光柱FIB是最常用的系統,如上圖所示。其依靠離子束掃描樣品產生的二次電子成像來定位,通常采用小束流以降低離子束對樣品表面的損傷,增加了操作的復雜程度。

雙束FIB-SEM系統采用電子束成像定位、離子束處理、操作簡單並避免離子束破壞試樣表面結構。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、樣品微觀刻蝕與沈積以及材料三維成像及分析等。

常規離子束

常規離子束加工系統一般是把離子源中提取出來的離子束用於直接轟擊試樣,不過也有一些系統增加了離子束品質分析聚焦裝置,但是相對來說較為簡單,離子束斑的直徑較大,通常在數公釐至數十厘米之間,束流密度小,在加工過程中必須進行掩模處理。

對於常規離子束來說,其離子源尺寸較大,部份發射面可達幾十厘米;

聚焦離子束

FIB主要由5大部份組成:離子源、離子光學柱、束描畫系統、X-Y工件台和訊號采集處理單元。

聚焦離子束在加工時可精確控制加工區域,其操作主要受電腦控制。

聚焦離子束離子源往往呈點狀,虛擬源大小只有數十微米至數十奈米不等,重要特性有亮度,虛擬源大小,能散及工作穩定性等。最早套用的離子源是雙電漿離子源,在微細加工領域尚未得到廣泛的套用。瓦斯場發射離子源需要超高真空、低溫的環境,尚處於研究階段。現有的FIB系統大多使用液態金屬離子源。

聚焦離子束透過產生二次電子訊號取得電子像(此功能與掃描電子顯微鏡相似);同時可以用強電流離子束對表面原子進行剝離,以完成微、奈米級表面形貌加工;也常是以物理濺射的方式搭配化學瓦斯反應,有選擇性的剝除金屬,氧化矽層或沈積金屬層等。