聚焦离子束纳米加工
聚焦离子束
聚焦离子束
离子束技术是一种高精度微加工技术，通过将离子加速到高速并聚焦在微米尺度的小区域进行材料加工和表面改性。
聚焦离子束技术在材料科学、电子工程、生物医学等领域有着广泛的应用前景。
在聚焦离子束技术中，离子束源首先产生并加速离子，然后通过磁透镜等聚焦装置将离子束聚焦到微米尺度。
在加工过程中，离子束的能量和大小可以被调控，从而实现对材料的高精度加工。
离子束技术具有许多优势，比如能够实现高分辨率的加工、几乎无热影响区、对光学透明材料有较好加工效果等。
这些优势使得离子束技术在制造微纳米器件、制备光学元件、表面处理等方面有着独特的应用优势。
聚焦离子束技术在微纳加工领域有着广泛的应用。
比如在芯片制造中，离子束技术可以实现对器件的精细加工和调试，提高了芯片的性能和可靠性。
在生物医学领域，离子束技术可以用于制备生物芯片、药物载体等，为生物医学研究提供了新的手段。
未来，随着人类对微纳加工精度和功能性需求的不断提高，离子束技术将会更加广泛地应用于各个领域。
同时，随着离子束技术的不断发展和创新，离子束技术也将不断地提升其加工精度和效率，为人类创造更多的可能性。
总的来说，聚焦离子束技术作为一种高精度微加工技术，在材料加工、表面改性等领域有着广泛的应用前景。
随着技术的不断发展和创新，离子束技术将会为人类带来更多的技术创新和应用可能性。
聚焦离子束微纳加工技术
• 束偏转器有静电偏转器和磁偏转器。其主要 作用是使离子束发生小角度偏转。
• 束闸通常是通过偏转离子束使其偏离安装在 交叉斑附近的束闸光阑，达到截止离子束的 目的。
束描画系统
• 聚焦离子束加工中是利用电子束曝光中常用 的“十”字检测标记凹槽，台阶处的二次电 子远比平面上逸出多的原理来进行对准操作。
X-Y工件台
• 聚焦离子束在扫描标记成像时会腐蚀标记， 在电子束曝光系统上是不存在的。标记的腐 蚀会影响后续图形加工的套刻对准精度。
信号采信集号处采理集单处元理单元
+M1
• X-Y电机驱动工件台 灵活方便，价格低廉，便于自动控制，实 验室用。
• 激光定位精密工件台 精度高，能进行图形拼接和多层图形套刻， 能够进行大面积图形加工。
聚焦离子束系统
离子源
离子光学柱
• 对大部分双束FIB而言，扫描电子束和聚焦离 子束都能形成二次电子像。但前者成像较清 晰，后者成像对比度更优。
+M2
5~10μm 槽深2μm
+M3
+M4 套刻对准用的“十”字标记
100~200μm
FIB扫描标记的脉冲波 形
FIB扫描标记的二次电子标记图像
聚焦离子束与固体材料表面的相互作用
3;
+ +
+ +
+
二次电子发射 二次离子发射 X射线发射 光子发射
材料结晶变化
反弹注入
离子注入
聚焦离子束与固体材料表面的相互作用
聚焦离子束制样
聚焦离子束制样
离子束制样是一种新型的样品制备技术，它可以在纳米尺度下对样品进行刻蚀、抛光和改性。
离子束制样技术的主要原理是利用高能离子束对样品表面进行局部烧蚀，使得样品表面形貌发生改变，进而实现样品的制备和加工。
离子束制样技术的应用范围非常广泛，例如材料科学、纳米技术、生物医学等领域。
在材料制备方面，离子束制样可以用于制备光学薄膜、纳米线阵列、超导薄膜等材料，同时还可以制备一些复杂的微纳结构。
在生物医学方面，离子束制样技术可以用于制备生物芯片、生物传感器等生物医学器械，同时还可以用于细胞培养、细胞分离等应用。
离子束制样技术的优点是可以实现对样品的高精度、高效率加工，同时还可以控制样品的形貌和表面粗糙度。
此外，离子束制样技术还可以实现对样品表面的化学改性，使得样品具有更好的物理和化学性质。
综上所述，离子束制样技术是一种非常有前景的样品制备技术，它有着广泛的应用前景和重要的科学价值。
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聚焦离子束fib测试用途以及注意事项
聚焦离子束fib测试用途以及注意事项全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：聚焦离子束（Focused Ion Beam，简称FIB）是一种现代化的分析仪器，它利用离子束对材料表面进行切割、雕刻和离子注入等操作，可用于材料性能分析、纳米加工以及器件结构调制等方面。
在科学研究和工程应用中，FIB技术被广泛应用于半导体、材料科学、生物医药等领域。
本文将重点介绍聚焦离子束FIB的测试用途以及注意事项。
一、FIB的测试用途1. 样品切割：FIB技术可以通过离子束切割样品，制备出不同几何形状和大小的样品切片，用于透射电镜、扫描电镜等进一步的显微分析。
这对于研究材料的微观结构和性能具有重要意义。
2. 纳米加工：FIB技术可以对样品表面进行精确的纳米加工，包括雕刻、刻蚀和注入等操作。
通过控制离子束的能量和位置，可以实现微米和纳米尺度的结构制备和调控，为纳米器件的制备和研究提供了重要手段。
3. 局部分析：FIB技术可以结合光学显微镜、扫描电子显微镜等设备，对样品表面进行定位并进行局部分析。
通过离子束的照射，可以实现对材料的表面成分、结构和形貌等信息的获取，为材料性能和组成分析提供了便利。
4. 器件修复：FIB技术可用于器件的故障分析和修复，通过对器件进行切割、磨蚀和掺杂等操作，可以找到故障点并进行修复，提高器件的可靠性和性能。
5. 原位实验：FIB技术可以在扫描电子显微镜或透射电镜平台上实现原位实验，对材料进行局部处理和观察。
这种原位实验可以实现对材料反应、相变和结构演化等过程的实时监测和控制，具有重要的研究意义。
二、FIB的注意事项1. 样品准备：在进行FIB实验前，应对样品进行充分的处理和准备工作。
样品表面应平整干净，避免有氧化物、污渍和尘埃等杂质，以确保离子束对样品的照射效果。
2. 参数设置：在使用FIB进行实验时，需要根据样品的性质和需要进行离子束的能量、电流和面积等参数进行合理的设置。
过小的能量和电流会导致处理效率低，而过大可能会损伤样品。
sic聚焦离子束刻蚀加工
sic聚焦离子束刻蚀加工
离子束刻蚀加工技术是一种具有广泛应用前景的新型加工方法，它利用带有电荷的离子暴射在晶体表面上，在表面上形成一层层薄膜，从而实现零件表面加工的目的。
在近几年，离子束刻蚀加工技术的应用越来越广泛，并取得了良好的效果。
离子束刻蚀加工技术具有多种优点，一方面，该技术实现了解体与零件之间的相互作用，材料的切割精度高，处理的细节精度可以达到纳米量级，具有远远高于传统方法的处理性能。
另一方面，离子束刻蚀加工技术以空气为工作介质，操作简单，对环境有较高要求；此外，易于控制，有利于加工一致性。
此外，离子束刻蚀加工技术还有一些缺点，时间消耗多，工艺慢，而且因为刻蚀器的输出大小、离子的发射率和刻蚀率之间的关系是波动的，因此，加工的精度也可能令人失望。
总之，离子束刻蚀加工技术是一项复杂而先进的技术，它不仅可以实现精细加工，而且可以应用于各种材料。
未来，随着计算机技术和制造技术的发展，离子束刻蚀加工技术必定会得到进一步壮大，广泛应用于各个行业。
微纳米级精密加工技术最新进展
微纳米级精密加工技术最新进展微纳米级精密加工技术是当代科技发展的关键技术之一，它在信息技术、生物医疗、航空航天、光学制造等领域发挥着至关重要的作用。
随着科学技术的飞速进步，微纳米级精密加工技术不断取得突破，推动着相关产业的创新与升级。
以下是该领域最新进展的六个核心要点：一、超精密光刻技术的新突破超精密光刻技术作为微纳加工的核心技术，在半导体芯片制造中占据主导地位。
近年来，极紫外光刻(EUV)技术取得了重大进展，其波长缩短至13.5纳米，极大提高了图案分辨率，使得芯片上的元件尺寸进一步缩小，推动了摩尔定律的延续。
同时，多重曝光技术和计算光刻技术的结合应用，进一步提高了光刻精度，为实现更小特征尺寸的集成电路铺平了道路。
二、聚焦离子束加工技术的精细化聚焦离子束(FIB)技术以其高精度、灵活性强的特点，在微纳米结构的直接写入、修改及分析方面展现出了巨大潜力。
最近，通过优化离子源和束流控制系统，FIB技术实现了亚纳米级别的加工精度，为纳米器件的制备、纳米电路的修复及三维纳米结构的构建提供了强有力的技术支持。
此外，双束系统（FIB-SEM）的集成，即在同一平台上集成了聚焦离子束与扫描电子显微镜，大大提高了加工的准确性和效率。
三、激光微纳加工技术的创新应用激光加工技术在微纳米尺度上展现出了新的应用潜力，尤其是超短脉冲激光技术的出现，如飞秒激光，能够在材料表面进行无热影响区的精确加工，适用于复杂三维结构的制造。
通过调控激光参数，如脉冲宽度、能量密度和重复频率，可实现从材料表面改性到内部结构雕刻的广泛加工能力，被广泛应用于生物医疗植入物、微光学元件及微流控芯片的制造中。
四、化学气相沉积与电化学加工的精细化化学气相沉积(CVD)作为一种薄膜沉积技术，近年来在微纳米材料合成方面取得了显著进展，特别是在石墨烯、二维材料及其异质结构的可控生长方面。
通过精确调控反应条件，如温度、压力和气体配比，实现了单层或多层纳米薄膜的高质量沉积，为纳米电子学、能源存储及传感技术的发展提供了关键材料。
聚焦离子束加工
聚焦离子束加工离子束加工是一种先进的材料加工技术，它通过利用离子束对材料进行加工和改性。
离子束加工具有高精度、高效率、无环境污染等优点，被广泛应用于微电子、光电子、材料科学等领域。
本文将聚焦于离子束加工的原理、应用和未来发展方向，以及它对人类社会的意义。
一、离子束加工的原理离子束加工是利用高能离子束对材料表面进行物理或化学作用，从而改变材料的性质和形状的一种加工技术。
离子束加工主要包括离子束刻蚀、离子束沉积和离子束混杂等过程。
其中，离子束刻蚀是将高能离子束直接轰击材料表面，使表面原子或分子脱离材料，达到刻蚀的目的。
离子束沉积是将高能离子束轰击到材料表面上，使离子束中的原子或分子与材料表面的原子或分子发生反应，形成新的材料层。
离子束混杂是将高能离子束注入材料内部，改变材料的物理和化学性质。
二、离子束加工的应用离子束加工在微电子领域有着广泛的应用。
它可以用于制造微电子器件中的细小结构和通道，提高器件的性能和稳定性。
同时，离子束加工还可以用于修复集成电路中的缺陷，并改善器件的可靠性。
此外，离子束加工还可以用于制备纳米材料、光学器件和生物芯片等领域。
在材料科学领域，离子束加工也发挥着重要的作用。
它可以用于改变材料的表面形貌和性质，提高材料的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
离子束加工还可以用于制备具有特殊功能的材料，如防反射膜、光学薄膜和超疏水薄膜等。
此外，离子束加工还可以用于材料的改性和合金化，提高材料的性能和应用范围。
三、离子束加工的未来发展方向随着科学技术的不断发展，离子束加工也在不断创新和改进。
未来离子束加工的发展方向主要包括以下几个方面：1. 提高加工精度和效率：通过改进离子束的发射、聚焦和控制技术，提高离子束加工的精度和效率，实现更加精细的加工和更高的加工速度。
2. 开发新的加工方法和工艺：通过研究和开发新的加工方法和工艺，如离子束刻蚀、离子束沉积和离子束混杂等，实现对材料的多功能加工和多层次加工。
3. 探索新的应用领域：开拓离子束加工的新应用领域，如生物医学、能源材料和环境保护等，为人类社会的发展做出更大的贡献。
聚焦离子束fib 原理
聚焦离子束fib 原理离子束（Focused Ion Beam, FIB）是一种将加速离子束聚焦到极小射径进行加工和分析的技术。
它可以在样品表面上准确的刻画出纳米级别的图案、结构，还能进行界面清理、切割、修复等功能，成为材料科学、器件制造、生命科学等领域的重要工具。
以下将对离子束FIB的原理进行详细介绍。
离子束加工原理离子束FIB是将高能的离子束汇聚到十几或几十纳米以下的小孔中，穿过光学聚焦系统使其束斑缩小，进而加工出所需要的结构，再通过控制束斑位置和大小来实现高精度的加工。
离子束加工的本质是“激发和蚀刻”，即将离子能量转化成靶材内部原子的势能，激发材料内部的离子和原子，使其发生反应，形成新的化合物或改变材料的特性。
在离子束FIB过程中，离子束首先进入靶材表面，产生一系列相互作用。
离子-原子或离子-分子之间的碰撞产生了许多效应，如能量转移，电离作用，电荷交换等。
这些效应对靶材的物理、化学性质产生了影响，导致其形貌、结构和化学组成的变化。
在离子束FIB加工中，所使用的离子束一般为氙离子（Xe+）或镉离子（Cd+），其加工机理如下：1. 碰撞激发当粒子进入物质时，与物质原子碰撞后，将能量转移到它们中的电子和原子，使原子处于激发状态，这就是碰撞激发。
激发的原子具有很高的能量，向周围发射电子、光子等，然后经过退激发过程，将失去激发能量，回到基态状态。
在这个过程中，原子可能失去一些物质，或产生化学反应。
2. 放电电离高能离子进入电离室内发生碰撞，使内部气体分子、原子电离，产生离子和电子。
离子获取强度较大的电场，继续撞击电离室壁，使得机械设置上的耗损量比较大。
这种方式又叫杆式离子源。
3. 打开真空窗真空窗是离子束进入样品室时必须经过的地方（为避免束至多大可能的偏移），打开真空窗能够让离子束穿过进入。
4. 光学聚焦离子束在进入样品前会经过一系列的光学透镜（磁聚焦镜、缕聚镜），以使离子束达到更好的聚焦和定位精度，可以控制束斑稳定地投射到需要的位置，从而达到高精度加工和分析。
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CONTENTS
1 聚焦离子束的纳米加工技术 2 聚焦离子束系统的应用 3 FIB 纳米制造技术的应用
PART
01
基于聚焦离子束的纳米加工技术
聚焦离子束简介
聚焦离子束(focused ion beam, FIB)与聚焦 电子束从本质上讲是一样的，都是带电粒子经过电 磁场聚焦形成细束。但聚焦电子束不同于聚焦离子 束。区别在于它们的质量，最轻的离子为氢离子也 是电子质量的1 840倍。离子束不但可以像电子束 那样用来曝光，而且重质量的离子也可以直接将固 体表面的原子溅射剥离，因此聚焦离子束更广泛地 作为一种直接微纳米加工工具。
离子束的应用已经有近百年的历
史。自1910年Thomson建立了气体
放电型离子源后，离子束技术主要
应用于物质分析、同位素分离与材
料改性。由于早期的等离子体放电
式离子源均属于大面积离子源，很
难获得微细离子束。真正的聚焦离
子束始于液态金属离子源的出现。
1975年美国阿贡国家实验室开发出
液态金属离子源(LMIS)，1978年美
发射区域非常重要。N.A. Paraire采用聚焦离子束刻蚀
理就是用高能离子束将不活泼的辅助刻
多层膜的方法加工出了二维光子晶体，下图是二维光
蚀气体分子(如卤化物气体)变成活性原 子、离子和自由基，这些活性基团与样
02
子晶体在同一区域的SEM像。M.Yoshida用聚焦离子束 技术在金属薄膜上刻蚀出线宽几十纳米的沟槽。这种
图a 铣削溅射
图b 显微成像
入射离子经过级联碰撞，能量损失 殆尽而停留在晶格之间，此现象被 称作离子注入，见图c
聚焦离子束不仅可以通过溅射来剥离 去除材料，而且可以实现材料在指定 位置的添加，即局部诱导沉积，见图d
图c 离子注入
图d 离子诱导沉积
聚焦离子束加工的特点
1 加工精度和表面质量高 离子 束加工是靠微观力效应，被加 工表面层不产生热量，不引起 机械力和损伤。离子束斑直径 可达1um以内，加工精度可达 nm级
聚焦离子束系统的组成及原理
聚焦离子束(Focused ion beam , FIB)系统主要由 离子发射源、离子光学系统、工作台、真空与控制系 统组成。
典型的聚焦离子束系统主要分为两级透镜系统，其 结构如图3所示。液态金属离子源产生的离子束，在 外加电场的作用下，形成一个极小的尖端，再加上负 电场牵引尖端的金属，从而导出离子束。首先，在通 过第一级光阑之后，离子束被第一级静电透镜聚焦， 初级八级偏转器用于调整离子束以减小像散。经过一 系列的可变化孔径，可灵活改变离子束束斑的大小。 其次，次级八极偏转器使离子束根据被定义的加工图 形进行扫描加工，通过消隐偏转器和消隐阻挡膜孔可 实现离子束的消隐。最后，通过第二级静电透镜，离 子束被聚焦到非常精细的束斑，分辨率可小至约10 nm。被聚焦的离子束轰击在样品表面，产生的二次 电子和离子被微通道板探测器(MCP)收集并成像。
4 控制性能好 易于实现自动化
应用范围广泛 可以选用不同
的离子束的束斑直径和能量密
5
度来达到不同的加工要求。其 应用范围可用图4表示
图4 聚焦离子束的应用范围
PART
02
聚焦离子束系统的应用
1 离子束刻蚀
聚焦离子束系统中用作离子源的金属元素(如稼)的原子量一般较 大，当荷能离子束轰击样品时，其能量会传递给样品中的原子(分 子)而发生溅射效应。用合适的离子束束流，可以对不同的材料实 施高速微区刻蚀，若再配以离子束扫描，则可以在样品材料上刻 蚀出不同的图形。这一特点的典型应用就是电路板失效检测、三 维纳米结构加工和透射电镜制样(TEM samplepreparation)。特别 是在透射电镜制样中，为了使电子能穿越样品，在制备样品时要 求其厚度非常薄，通常小于100nm传统的方法是研磨或离子束减 薄，这样会使样品制备的周期长，通常会因为过度剥离而导致制 样失败，成功率低。采用聚焦离子束技术为透射电镜制样，定位 精度高，可以通过电子束成像实时监测，省时省力，而且成功率 高。
2 加工材料广可对各种材料进行加 工。 对脆性、半导体、高分子等 材料均可加工。由于是在真空下 进行加工，故适于加工易氧化的 金属、合金和半导体材料等
加工方法多样 离子束加工可进
3 行去除、镀膜、注入等加工，利 用这些加工原理出现了多种多样 的具体方法，如成形、刻蚀、减 薄、曝光等，在集成电路制作子系统原理
聚焦离子束制加工
聚焦离子束加工是通过高能离子与材料原子间的相互碰撞完成的
在原子的级联碰撞过程中，如果受碰撞后 的表面原子其动量方向是离开表面，而且 能量又达到一定阀值时，就会引起表面粒 子出射，这种现象称为溅射去除，见图a
从表面逸出的各种粒子包括散射离子、二次 离子、二次电子、X射线及光子等，来自于 不同的物理过程，带有丰富的表面信息。其 中，激发的二次电子可以用来进行离子束显 微成像，见图b
国加州休斯研究所的R.L.Seliger等
人建立了第一台装有Ca离子LMIS的
FIB系统，其束斑直径仅为100nm(
目前已可获得只有5nm的束斑直径)
。电流密度为
。这给进行亚
微米加工器件的研究极大的鼓舞。
聚焦离子束的工作原理
离子束系统的“心脏”是离子源。 目前技术较成熟，应用较广泛的离子 源是LMIS，其源尺寸小、亮度高、发 射稳定可以进行微纳米加工。同时其 要求工作条件低(气压小于10-5Pa，可 在常温下工作)，能提供Al. As. Au. B. Be. Bi.Cu. Ca. Fe. In. P. Pb. Pd. Si. Sn及Zn等多种离子。山于Ca (镓)具有 低熔点、低蒸气压及良好的抗氧化力 ，成为目前商用系统采用的离子源。 液态金属离子源(LMIS)结构有多种形 式，但大多数由发射尖钨丝、液态金 属贮存池组成，典型的LMIS结构示意 图如图1所示。
2 反应离子束刻蚀
为了提高离子束刻蚀的速率和离子
J. T aniguch等用聚焦离子束系统(FIB)的离子束辅
束刻蚀对不同材料的选择性，通常在刻
助刻蚀技术成功制备了单晶金刚石场发射针尖，聚焦
蚀过程中用气体注入系统(GIS)加入一
离子束辅助刻蚀技术对减小单晶金刚石场发射针尖的
定量的刻蚀气体以增强刻蚀。其基本原