一、 離子減薄技術

原理：離子減薄技術就是用Ar離子槍在高真空設備腔體內發出具有一定能量的聚焦Ar離子束（能量可調）持續撞擊試樣表面特定部位，從而達到研磨減薄試樣的目的。離子槍的位置相對固定（離子槍的角度--Ar離子束的入射角Theta是可調節的），樣品夾持臺具有同心旋轉功能（轉速可調），以實現樣品上較大范圍的減薄。

應用：主要用于制備透射電子顯微鏡的薄膜樣品；可用于金屬、非金屬、半導體、陶瓷、巖石等固體材料的顯微鏡透射樣品制備。

材料試樣的制備：塊狀樣制備

塊狀樣切成約0.3 mm厚的均勻薄片；

均勻薄片用石蠟粘貼于超聲波切割機樣品座上的載玻片上；

用超聲波切割機沖成Ф3 mm 的圓片；

用金剛砂紙機械研磨到約100 μm厚；

利用磨坑儀將圓片的中心部分磨成凹坑，凹坑的深度為50~70μm左右，凹坑的主要目的在于縮短后序離子減薄的工藝時間，從而提高最終的減薄效率；

將潔凈的、已凹坑的Ф3 mm 圓片小心放入離子減薄儀中，根據試樣材料的特性，選擇合適的離子減薄參數進行減薄；通常，一般陶瓷樣品離子減薄時間需2~3天；整個過程約5天。

二、電解雙噴制樣

適用樣品：雙噴減薄適用制備金屬與部分合金樣品。

不易于腐蝕的裂紋端試樣

非粉末冶金試樣

組織中各相電解性能相差不大的材料

不易于脆斷、不能清洗的試樣

離子減薄適用制備

不導電的陶瓷樣品

要求質量高的金屬樣品

不宜雙噴電解的金屬與合金樣品

特點

電解雙噴優點：效率高、上手快、甚至沒有什么經驗的人都有可能吐出不錯的樣本。缺點：可能對樣品有污染。

離子減薄優點：污染小，尤其適用于薄膜，雙相合金，陶瓷等材料。缺點：效率不高，減樣需很多經驗。

三、聚焦離子束制樣（FIB）

聚焦離子束技術（Focused Ion beam,FIB）是利用電透鏡將離子束聚焦成極小尺寸的離子束轟擊材料表面，實現材料的剝離、沉積、注入、切割和改性。在納米科技蓬勃發展的今天，納米尺度制造業得到了飛速發展，其中納米加工是納米制造業中最核心的組成部分，納米加工中最具代表性的手段是聚焦離子束。近年來發展起來的聚焦離子束技術（FIB）利用高強度聚焦離子束對材料進行納米加工，配合掃描電鏡（SEM）等高倍數電子顯微鏡實時觀察，成為了納米級分析、制造的主要方法。目前已廣泛應用于半導體集成電路修改、離子注入、切割和故障分析等。

1、離子源

在聚焦離子束（FIB）系統中，離子源扮演著至關重要的角色。而液態金屬離子源以其高亮度、微小的源尺寸和其他優勢，成為絕大多數FIB系統中的首選離子源。這種離子源是通過液態金屬在強電場中產生場致發射來形成的。

液態金屬離子源的基本構造，如圖1所示，在制造過程中，將一根直徑約0.5毫米的鎢絲經過電化學腐蝕，使其尖端直徑縮小至5到10微米，形成鎢針。隨后，將熔融的金屬附著在鎢針尖端，在強電場的作用下，液態金屬會形成一個微小的尖端形狀（泰勒錐）。這個尖端的電場強度極高，可達到10^10伏特/米。在這樣強烈的電場作用下，金屬表面的液態離子通過場蒸發的方式從表面逸出，形成了離子束。

由于液態金屬離子源的發射面積非常小，即使只有幾微安的離子電流，其電流密度也可以達到10^6安培/平方厘米，亮度約為20微安/立體弧度。這些特性使得液態金屬離子源在FIB系統中具有極高的效率和性能。

2、聚焦離子束系統

聚焦離子束（FIB）技術通過靜電透鏡將離子束聚焦至極小尺寸，用于執行顯微切割等精密操作。商業化的FIB系統通常使用液態金屬離子源作為粒子束的來源。鎵（Gallium, Ga）因其熔點低、蒸汽壓低以及良好的抗氧化性，成為液態金屬離子源中使用最廣泛的金屬材料。

在離子源的頂端，外加的電場（稱為抑制器，Suppressor）作用于液態金屬離子源，促使液態金屬或合金形成微小的尖端。隨后，負電場（稱為提取器，Extractor）牽引尖端的金屬或合金，形成離子束。這些離子束通過靜電透鏡進行聚焦，并經過一系列可調節孔徑的裝置（自動可變孔徑，AVA）來確定離子束的直徑大小。之后，使用質量分析器篩選出所需的特定離子種類。

最終，通過八極偏轉裝置和物鏡，將離子束精確聚焦在樣品上，并進行掃描。離子束與樣品相互作用時，會產生二次電子和離子，這些被收集起來用于成像或通過物理碰撞實現切割和研磨等工藝。

3、聚焦離子束技術（FIB）可解決的問題

在集成電路（IC）的生產過程中，如果檢測到特定微區電路蝕刻存在錯誤，可以利用聚焦離子束（FIB）技術進行修復。FIB能夠精確地切割并斷開錯誤的電路部分，隨后通過在特定區域噴射金屬（如金）來重新連接電路至正確的路徑，實現電路的修改。這種技術可以達到極高的精度，最高可達5納米。

對于產品表面的微小異物、腐蝕或氧化等微納米級別的缺陷，需要對這些缺陷與基材之間的界面進行詳細的觀察。FIB技術可以精確地定位并切割這些缺陷區域，在缺陷處制備截面樣品，然后通過掃描電子顯微鏡（SEM）進行界面的觀測分析。