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在半導體技術(shù)步入納米時(shí)代之后,納米尺度制造業(yè)得到了飛速發(fā)展,其中納米加工是納米制造業(yè)中最核心的組成部分,納米加工中最有代表性的手段是聚焦離子束。近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的聚焦離子束技術(shù)(FIB)采用高強度聚焦離子束納米加工材料,并結合掃描電鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)三維原子探針(APT)分析電鏡技術(shù)已成為納米級分析,制造的主要手段?,F已在新材料和半導體集成電路等領(lǐng)域得到廣泛的應用。
電子顯微鏡
我們先來(lái)了解一下什么是電子顯微鏡?
電子顯微鏡根據其構造及使用方式的不同,可以分為透射式,掃描式,反射式,發(fā)射式電子顯微鏡,根據它們的工作原理及應用領(lǐng)域和它們所要求的差異來(lái)進(jìn)行選擇。電子顯微鏡是根據電子光學(xué)原理,用電子束和電子透鏡代替光束和光學(xué)透鏡,使物質(zhì)的細微結構在級高的放大倍數下成像的儀器。
近年來(lái)電鏡的研究與制造取得了長(cháng)足的進(jìn)步:電鏡分辨率越來(lái)越高,透射電鏡點(diǎn)分辨率高達0.1-0.2nm,晶格分辨率已達約0.1nm。利用電鏡已可直接觀(guān)測原子像。
掃描電子顯微鏡(SEM)
掃描電子顯微鏡是介于透射電子顯微鏡和光學(xué)顯微鏡(OM)之間的一種觀(guān)察方法。用聚焦后的極窄高能電子束掃描試樣,利用電子束和物質(zhì)之間的作用激發(fā)出多種物理信息并進(jìn)行采集,放大和重新成像,從而實(shí)現物質(zhì)微觀(guān)形貌表征。新式掃描電子顯微鏡分辨率高達0.05nm;放大倍數可達百萬(wàn)倍或更高的連續可調;且景深較大、視野開(kāi)闊、成像立體效果良好。另外結合掃描電子顯微鏡等分析儀器可實(shí)現在觀(guān)測微觀(guān)形貌時(shí)對物質(zhì)微區成分的分析。掃描電子顯微鏡廣泛地應用于巖土,石墨,陶瓷和納米材料的研究中。
雙束聚焦離子束-掃描電子顯微鏡(FIB-SEM)
而今天所介紹的;“雙束電鏡" Dual Beam Focused Ion Beam(FIB)是雙束聚焦離子束掃描電子顯微鏡的簡(jiǎn)稱(chēng),是在掃描電鏡的基礎上加裝了離子束系統,機械臂(Easy lift)和氣體注入系統(GIS)等配件。
雙束的主要作用有兩個(gè):
1)成像:
把液態(tài)金屬離子源輸出的離子束加速,聚焦之后用來(lái)轟擊試樣表面使其產(chǎn)生二次電子信號,從而得到試樣表面電子像(與SEM相似);
2)加工:
聚焦離子束系統中的離子束是由液態(tài)離子源在強電場(chǎng)的作用下拉出帶正電荷的離子,再經(jīng)靜電透鏡、多級偏轉裝置最終聚焦而成,從而完成微納級別的表面形貌處理。如果將化學(xué)氣體反應系統與物理濺射方式配合使用,就可以達到選擇性地剝離金屬、氧化硅層或者沉積金屬層。
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