聚焦離子束掃描電子顯微鏡（FIB-SEM）雙束系統是一種集成了聚焦離子束（FIB）和掃描電子顯微鏡（SEM）功能的高科技分析儀器。它通過結合氣體沉積裝置、納米操縱儀、多種探測器和可控樣品臺等附件，實現了微區成像、加工、分析和操縱的一體化。這種系統在物理、化學、生物、新材料、農業、環境和能源等多個領域都有著廣泛的應用。

FIB-SEM雙束系統

1.系統結構與工作原理：FIB-SEM雙束系統將FIB和SEM集成在一起，使樣品可以同時受到電子束和離子束的作用。在測試過程中，通過旋轉樣品臺，可以實現電子束的實時觀察和離子束的切割或微加工。在典型的雙束FIB-SEM系統中，電子束垂直于樣品臺，而離子束與樣品臺成一定角度。工作時，樣品臺旋轉至52度位置，使得離子束與樣品臺垂直，便于加工，而電子束則與樣品臺成一定角度，便于觀測截面內部結構。

FIB-SEM雙束系統的結構示意圖

2.離子源與聚焦：目前，液態鎵（Ga）離子源因其低熔點、低蒸氣壓和易獲得高密度束流而被廣泛應用。Ga離子在電場作用下從針尖發射，形成尖端半徑約2納米的錐形體，通過靜電透鏡聚焦在樣品上，實現精細加工和顯微分析。

FIB-SEM 雙束系統工作原理示意圖

FIB-SEM的功能

1. 電子束成像：用于定位樣品、獲取微觀結構和監測加工過程。

2. 離子束刻蝕：用于截面觀察和圖形加工。

3. 氣體沉積：用于圖形加工和樣品制備。

4. 顯微切割：制備微米大小納米厚度的超薄片試樣，用于TEM和同步輻射STXM分析。

5. 納米尺寸樣品制備：用于APT分析，獲取微量元素和同位素信息。

6. 三維重構分析：結合SEM成像、FIB切割及EDXS化學分析，進行微納尺度的三維重構。

FIB-SEM的應用

1. 微納結構加工：制備納米量子電子器件、亞波長光學結構等。

2. 截面分析：表征截面形貌尺寸，分析截面成分。

3. TEM樣品制備：通過FIB加工制取電子透明的觀測區。

4. 三維原子探針樣品制備：選取感興趣區域，制備尖銳針尖樣品。

5. 芯片修補與線路修改：改變線路連線方向，校正芯片誤差。

6. 三維重構分析：通過FIB逐層切割和SEM成像，進行三維結構和成分分析。

FIB-SEM案例

1.微納結構加工：FIB系統能夠直接刻出或沉積所需圖形，制備復雜的功能性結構，如納米量子電子器件和光子晶體結構。

2.截面分析：FIB濺射刻蝕功能可用于定點切割試樣并觀測橫截面，結合EDS分析截面成分，廣泛應用于芯片和LED的失效分析。

3.TEM樣品制備：非提取法和提取法兩種方法，通過FIB加工制取電子透明的觀測區，或提取并減薄樣品以獲得優質TEM照片。金鑒實驗室的專業團隊熟練掌握這一技術原理，能夠為客戶提供高質量的TEM樣品制備，確保研究結果的準確性。

4.三維原子探針樣品制備：選取感興趣區域，挖V型槽，切開底部，用納米機械手取出樣品，轉移到固定樣品支座上，用Pt焊接并形成尖銳針尖，最后進行低電壓拋光。

5.芯片修補與線路修改：利用FIB的濺射和沉積功能，切斷或連接線路，校正芯片誤差，減少研發成本并加快研發進程。

6.三維重構分析：通過FIB逐層切割和SEM成像，結合EDS和EBSD，對材料的結構形貌、成分、取向、晶粒形貌等進行三維空間表征。