在電子和納米技術(shù)領(lǐng)域，在納米尺度上操縱材料的能力非常重要。聚焦離子束(FIB)儀器已成為這項(xiàng)工作的必要條件。
FIB的工作方式與掃描電子顯微鏡(SEM)類似，但它不是在表面掃描電子，而是使用離子束。由于聚焦離子束比電子束具有更大的能量，可以通過(guò)濺射工藝直接改變或“研磨"樣品表面，可以精確控制在納米精度。這使得離子束可以用于精細(xì)的納米加工，去除材料(銑削)或生產(chǎn)微小的零件或形狀(制造)。
FIB可用于通過(guò)稱為離子束輔助化學(xué)氣相沉積(CVD)的工藝將材料高精度地添加到表面。這實(shí)際上與FIB銑削相反。離子束輔助CVD使用特定的沉積氣體，其分解以精確的方式在樣品表面沉積材料。
結(jié)合FIB和SEM雙系統(tǒng) FIB很少單獨(dú)使用，通常與SEM等成像系統(tǒng)結(jié)合使用，以驗(yàn)證FIB制作的結(jié)構(gòu)。TES的XEIA3包括用于在離子束修改期間或之后實(shí)時(shí)成像的SEM柱；和用于移除小顆粒以供進(jìn)一步分析的顯微操作器。
tes的XEIA3 通過(guò)提供互補(bǔ)的成像和束化學(xué)功能，F(xiàn)IB-SEM促進(jìn)了FIB銑削表面特定區(qū)域的高分辨率SEM成像。這允許選擇性的現(xiàn)場(chǎng)樣品制備以及同步SEM成像和使用濺射和沉積制造復(fù)雜特征。
為什么含氙光纖有優(yōu)勢(shì)？ 傳統(tǒng)FIB系統(tǒng)使用精細(xì)聚焦的鎵離子束進(jìn)行樣品表面研磨。然而，使用氙離子等離子體代替鎵FIB已被證明更適合于許多應(yīng)用。
鎵束固有地將鎵原子注入研磨樣品的表層。這是有問(wèn)題的，因?yàn)樗鼤?huì)污染樣品的晶體結(jié)構(gòu)，改變其形狀(非晶化)，并且因?yàn)殒壥菍?dǎo)電的，它還可能導(dǎo)致樣品的電學(xué)性質(zhì)的變化。
這不是氙等離子體FIB的問(wèn)題，因?yàn)殡幕瘜W(xué)惰性使其注入較少，氙的低電導(dǎo)率意味著樣品的電學(xué)性質(zhì)保持不變。這意味著Xe等離子體FIB，即使在30 keV能量和60 nA電流下，也不會(huì)引起顯著的樣品非晶化或相變。氙束還可以實(shí)現(xiàn)更快的銑削速度，比鎵快60倍，這意味著可以實(shí)現(xiàn)大面積樣品和更深的樣品深度。
用氙等離子體光纖制備透射電鏡樣品 透射電子顯微鏡(TEM)是一種納米尺度的成像技術(shù)，它涉及通過(guò)樣本傳輸電子，然后測(cè)量它們以創(chuàng)建圖像。為了確保傳輸足夠的電子來(lái)產(chǎn)生有用的圖像，所用的樣品必須非常薄，通常小于100納米。TEM可用于捕捉樣品中的細(xì)微細(xì)節(jié)，也可用于觀察穿過(guò)樣品的電子衍射時(shí)樣品中的晶體位錯(cuò)和其他結(jié)構(gòu)不規(guī)則性。因此，TEM常用于材料科學(xué)，尤其是納米技術(shù)和半導(dǎo)體研究領(lǐng)域。
FIB的主要應(yīng)用之一是制備用于TEM成像的樣品。對(duì)于這種應(yīng)用，有必要避免FIB對(duì)樣品造成的損傷，因?yàn)樗鼤?huì)產(chǎn)生不具有代表性的樣品結(jié)構(gòu)。對(duì)于微電子工業(yè)中的復(fù)雜系統(tǒng)來(lái)說(shuō)尤其如此。在這些情況下，使用低能Xe束。
研究表明，Xe束在30 keV束能量下對(duì)薄樣品的損傷遠(yuǎn)小于Ga束。此外，Xe beam提供了更高質(zhì)量的板材樣品，所需的精整也顯著減少。
利用Xe等離子體FIB制作微型霍爾探針 霍爾探針是一種傳感器，它可以通過(guò)稱為霍爾效應(yīng)的機(jī)制響應(yīng)磁場(chǎng)的接近而改變其輸出電壓?；魻柼结樖菣z測(cè)磁場(chǎng)的理想傳感技術(shù)，因?yàn)樗鼈儗?duì)磁場(chǎng)有電子響應(yīng)。
霍爾探針由磷化鉭(TaP)等半導(dǎo)體材料薄片制成。微型霍爾探針的生產(chǎn)涉及許多挑戰(zhàn)，例如改變材料導(dǎo)電性的風(fēng)險(xiǎn)和研磨材料所需的精確技術(shù)。tesu HR-SEM/等離子體纖維XEIA3顯微鏡可用于從TaP錠制備微型霍爾探針。
在這種情況下，使用Xe等離子體FIB特別有用，因?yàn)槭褂肵e束可以在2 A的更高電流下進(jìn)行銑削，這明顯高于Ga FIB允許的50 nA的電流。這意味著用Xe-FIB濺射100個(gè)微米3硅只需要18分鐘，而用Ga-FIB需要19個(gè)小時(shí)。
此外，如果在濺射過(guò)程中向材料中注入氙，則結(jié)果是不相關(guān)的。因?yàn)殡粚?dǎo)電，霍爾探頭的電位和電流測(cè)量值不會(huì)改變。但是，如果鎵污染了樣品，可能會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的探針測(cè)量。
使用TESCAN XEIA3制造的微型霍爾探針。
結(jié)論 B-SEM組合儀器應(yīng)用廣泛，從顆粒分析和材料表征到工業(yè)故障分析和過(guò)程控制。Xe光纖由于其低污染、高速度和高可控性，顯示出許多優(yōu)于Ga光纖主要優(yōu)點(diǎn)。
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