聚焦離子束掃描電鏡（FIB-SEM）憑借其高分辨率成像與精準微加工能力，已成為科學研究和工程領域不可或缺的工具。它將聚焦離子束（FIB）與掃描電子顯微鏡（SEM）的功能完美結合，實現了微觀結構的高精度分析與納米級加工。

FIB-SEM的原理與結構

FIB-SEM的工作原理通過電透鏡將液態金屬離子源產生的離子束加速并聚焦，作用于樣品表面，實現納米級的銑削、沉積和成像。而SEM則利用電子槍發射的電子束，經電磁透鏡聚焦后與樣品相互作用，產生二次電子和背散射電子等信號，揭示樣品的形貌、成分和晶體結構。這種結合使得FIB-SEM能夠在加工過程中實時監控樣品的變化，實現“觀察-加工-分析”的全鏈條操作。

FIB-SEM技術的優勢

FIB-SEM技術在微觀分析領域具有顯著優勢，避免了傳統機械切割或化學腐蝕帶來的表面損傷。其次，集成的高分辨率SEM能夠捕捉樣品表面的豐富細節，提供形貌、成分和結構等多維度信息。此外，FIB-SEM操作靈活，適用性強，無論是金屬、陶瓷、聚合物還是生物樣品，都可以通過合適的制備方法進行分析。

樣品要求與制備

FIB-SEM對樣品有明確要求。塊體樣品的厚度需要在30nm左右，粉末樣品約需10mg，并且樣品應該沒有揮發性，固體塊體的尺寸最好是小于 20mm×20mm×4mm。對于導電性差的樣品，需要進行噴金或噴碳處理。透射樣品制備時，只需保證切出的樣品厚度能夠滿足透射要求。此外，含磁性元素的樣品需提供粉末用于驗證磁性。

FIB-SEM的處理手段

透射薄片的孔洞或脫落問題：

透射薄片在減薄過程中出現孔洞或部分脫落是正常現象，只要存在足夠薄的區域即可滿足透射拍攝需求。

制樣注意事項：

需確定樣品成分是否導電，導電性差的樣品需噴金；明確FIB制樣的目的，如截面觀察是用于SEM還是TEM，TEM樣品的減薄厚度需更薄；選擇合適的切割或取樣位置，確保材料耐高壓。

樣品導電性的必要性：

由于FIB-SEM在SEM電鏡下操作，需要清晰觀察樣品形貌，因此導電性良好是精準制樣的關鍵。

FIB-SEM的應用范圍：

FIB-SEM可用于制備微米級樣品截面，進行SEM和能譜測試，也可制備滿足透射電鏡要求的TEM截面樣品。

FIB-SEM的應用領域

為了方便大家對材料進行深入的失效分析及研究，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。FIB-SEM可用于觀察金屬、陶瓷、半導體等材料的內部結構，從納米到微米尺度都能清晰呈現。例如，分析集成電路內部的超細電路結構、金屬合金中的相分布以及新型陶瓷材料的內部缺陷。

案例展示

1.材料微觀截面截取與觀察

SEM僅能觀察材料表面信息，聚焦離子束的加入可以對材料縱向加工觀察材料內部形貌，通過對膜層內部厚度監控以及對缺陷失效分析改善產品工藝，從根部解決產品失效問題。

（1）FIB切割鍵合線

利用FIB對鍵合線進行截面制樣，不僅可以觀察到截面晶格形貌，還可掌控鍍層結構與厚度。

（2）FIB切割芯片金道

FIB-SEM產品工藝異常或調整后通過FIB獲取膜層剖面對各膜層檢查以及厚度的測量檢測工藝穩定性。

（3）FIB切割支架鍍層

利用FIB切割支架鍍層，避免了傳統切片模式導致的金屬延展、碎屑填充、厚度偏差大的弊端，高分辨率的電鏡下，鍍層晶格形貌、內部缺陷一覽無遺。FIB-SEM掃描電鏡下觀察支架鍍層截面形貌，鍍層界限明顯、結構及晶格形貌清晰，尺寸測量準確。此款支架在常規鍍鎳層上方鍍銅，普通制樣方法極其容易忽略此層結構，輕則造成判斷失誤，重則造成責任糾紛，經濟損失！

FIB-SEM掃描電鏡下觀察支架鍍層截面形貌。此款支架在鍍銅層下方鍍有約30納米的鎳層，在FIB-SEM下依然清晰可測！內部結構、基材或鍍層的晶格、鍍層缺陷清晰明了，給客戶和供應商解決爭論焦點，減少復測次數與支出。

（4）FIB其他領域定點、圖形化切割

2.誘導沉積材料

利用電子束或離子束將金屬有機氣體化合物分解，從而可在樣品的特定區域進行材料沉積。本系統沉積的材料為Pt，沉積的圖形有點陣，直線等，利用系統沉積金屬材料的功能，可對器件電路進行相應的修改，更改電路功能。

結語

FIB-SEM技術憑借其強大的功能和廣泛的應用范圍，正在不斷推動材料科學、納米技術和生物醫學等領域的發展。隨著技術的不斷進步，FIB-SEM將在微觀世界的研究中發揮更加重要的作用。