聚焦離子束技術及其多樣化應用

聚焦離子束（FIB）技術因其獨特的能力，能夠完成傳統光學顯微鏡難以實現的微觀操作，從而在材料科學和納米技術領域扮演著重要角色。最早的FIB技術基于氣體場電離源（GFIS），但隨著時間的發展，液態金屬離子源（LMIS），特別是以鎵為基礎的離子源，因其卓越的性能而成為主流。

鎵離子源的工作原理是通過加熱鎵使其熔化，利用表面張力形成尖端半徑極小的錐形體，即“Taylor錐”，在強電場作用下實現離子的發射。

FIB技術具備三種基本功能：成像、切割和沉積、增強刻蝕。成像功能通過樣品表面的二次電子和二次離子來實現；切割功能則通過離子束與樣品原子的碰撞濺射來完成；沉積功能則利用化學氣體注入系統（GIS），通過在樣品表面注入含金屬的有機前驅物并分解，實現金屬的沉積或增強刻蝕。

a成像、b切割和沉積、c增強刻蝕

在雙束系統中，電子束可以實時監控離子束加工過程，保證加工質量，同時利用電子束的高分辨率進行原位觀察和化學成分分析。此外，雙束系統的設計考慮到了與離子束的協同工作，如更大的極靴錐角和適應大工作距離的高分辨率成像能力。

創新應用及在納米應用的重要性

聚焦離子束（FIB）技術因其在微觀尺度操作的獨特能力，已成為材料科學和納米技術研究中不可或缺的工具。FIB技術不僅能夠利用電子和正離子放大信號和中和電荷，以獲得高信噪比的圖像，還在三維表征領域展現出其超高分辨率的優勢。

雙束系統的先進功能

雙束系統，結合了電子束和離子束的功能，為用戶提供了多功能的納米加工平臺。為方便客戶對材料進行深入的失效分析及研究，金鑒實驗室具備Dual Beam FIB-SEM業務，并介紹Dual Beam FIB-SEM在材料科學領域的一些典型應用，包括透射電鏡( TEM)樣品制備，材料微觀截面截取與觀察、樣品微觀刻蝕與沉積以及材料三維成像及分析等。

納米圖形的制備

在納米圖形制備方面，雙束技術通過電子束曝光和化學氣相沉積（EBL）等方法，實現了微納米尺度圖形的快速制備。此外，利用FIB與GIS系統的結合，可以直接在樣品上進行刻蝕或沉積，無需使用光刻膠，簡化了傳統光刻和蝕刻的復雜流程。

透射電鏡樣品的制備

雙束系統在透射電鏡（TEM）樣品制備方面也展現出其優勢，能夠精確控制樣品的位置和厚度，實現定點薄樣品的快速制備。

三維表征技術的發展

三維表征技術通過FIB的連續切片和SEM成像，結合數據處理軟件，能夠重構樣品的三維形貌、成分和晶體取向信息。這項技術在材料科學、生物學和工業領域中發揮著重要作用，為研究者提供了深入理解材料內部結構的新途徑。

雙束系統的發展為微納尺度研究提供了新的視角和工具，其在科學研究和工業生產中的應用日益廣泛。隨著技術的不斷進步，雙束系統將繼續拓展其在新興領域的應用，如光學器件制造、3D納米結構組裝等，推動科學技術的發展。