什么是聚焦离子束（FIB）？
2025-07-14 13:50:31
作者：本网发布 来源：诠释干货
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聚焦离子束（FIB）是一种将高能离子流聚焦成细束的仪器，通过将离子束扫描到目标材料上来进行加工。离子与试样相互作用，以纳米精度去除试样原子，实现纳米级加工。
FIB结合了完全受控的离子束、高精度样品导航系统和先进信号检测器，形成了一个用于成像、溅射和微加工的多功能分析平台。1. 产生二次电子信号取得电子像.此功能与SEM（扫描电子显微镜）相似。2. 用强电流离子束对表面原子进行剥离,以完成微、纳米级表面形貌加工。3. 通常是以物理溅射的方式搭配化学气体反应，有选择性的剥除金属，氧化硅层或沉积金属层。1. 聚焦离子束技术的起源（1970s-1980s）1970年代：FIB技术的基础是离子束光学，最早的实验基于使用离子束（通常是镓离子束）聚焦和扫描样品。最初的离子束技术主要用于材料表面的刻蚀和微观加工。1980年代：随着离子源技术的发展，聚焦离子束（FIB）设备开始在材料科学和半导体工业中用于纳米级加工和图形化刻蚀。早期FIB系统主要用于制作半导体元件的精细结构、修复电路以及晶圆的缺陷分析。1990年代早期：随着扫描电子显微镜（SEM）技术的成熟，研究人员开始将FIB和SEM集成到一台设备中，形成FIB-SEM系统。这一结合使得用户可以在同一台仪器上实现离子束加工（如切割、刻蚀）和电子束成像，极大地提高了材料表面结构的分析和修改效率。集成优势：SEM能够提供高分辨率的电子成像，而FIB则用于切割、铣削和沉积材料。二者的结合极大地扩展了设备的应用范围，如用于纳米结构的精细加工和在三维层面上的成像。2000年代：FIB-SEM技术迅速发展，尤其是在半导体制造、材料科学和生物医学领域的应用显著增加。半导体工业：FIB-SEM成为芯片制造和修复中的关键工具，允许纳米尺度的精准切割、样品制备和电路修复。三维成像：FIB-SEM使得高精度的三维重建成为可能，通过FIB切割样品的薄层，SEM对每一层进行成像，获得三维的微观结构。这种方法特别适合用于纳米材料和复杂多孔结构的分析。生物样品：FIB-SEM开始应用于生物样品的超微结构研究，例如神经元网络、细胞器以及生物组织的三维重建。自动化和精确控制：在2010年代，FIB-SEM技术进一步向高精度和自动化方向发展。自动化的FIB-SEM设备能够高效地进行样品的处理和成像，特别是大规模的三维成像任务。例如，FIB-SEM被用于神经科学领域的脑组织超微结构研究，能自动化切片并获得高分辨率的三维数据。高分辨率与多功能性：新一代的FIB-SEM系统提高了分辨率，能够在更小的尺度上进行切割和成像。例如，双束系统的使用允许在数纳米的尺度下精确切割，同时获得高分辨率的成像。此外，现代FIB-SEM设备还能够执行材料沉积、离子注入、以及纳米级机械和电气性能测试。多种离子源的使用：除了传统的镓离子源，现在还开发了其他种类的离子源（如氦、氙），它们在特定应用中的优势有所不同，例如，氦离子束具有更高的成像分辨率，而氙离子束则能够快速移除材料。低损伤加工：FIB-SEM设备的改进重点之一是减少离子束对样品的损伤，尤其是对于脆弱或敏感材料的研究。在生物医学领域，低能量的离子束更适合进行精细加工而不破坏样品。更快的三维成像：自动化程度进一步提升，尤其是在大规模三维数据采集方面。改进的FIB切割技术和SEM成像技术使得数据采集速度更快，适用于生物样品和复杂结构的快速三维重建。人工智能和机器学习的引入：AI技术正在逐步融入FIB-SEM数据处理和分析中。通过机器学习算法，研究人员能够更高效地识别和处理大量的三维成像数据，优化切割和成像参数，并加速数据分析过程。③块状/薄膜样品：最大≤2cm，高度≤3mm，无挥发性，可以有磁性（强磁样品的尽量让尺寸更小）。①找到目标位置（定位非常重要），表面喷Pt保护（样品导电则不用喷Pt）；① 送样前确认：在将样品送去FIB制样之前，需先通过SEM电镜确认样品是否符合FIB的要求。说明：由于TEM样品的制备厚度约为50纳米，后续的样品处理、移动和二次测试过程中可能对样品产生损坏，这会导致拍摄目的无法实现。② 样品清洁：送样前请使用酒精清洗样品表面，确保表面洁净且无油脂类物质。注意不要用裸手接触样品表面，以免污染。③ 透射样品制备：透射电镜（TEM）样品的制备通常是垂直于样品表面进行切割，切片的边长通常为3~4微米。如果样品尺寸过大，容易造成破碎。④ 透射样品厚度：FIB制备的透射样品只保证切出的样品厚度足够薄，能够满足透射电镜拍摄的要求。⑤ 样品导电性：样品需要具备良好的导电性。如果导电性较差，则需要进行喷金或喷碳处理，以确保FIB加工和后续分析顺利进行。
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