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FIB測試在材料測試中存在的重要缺陷以及改善方法
來源:測試GO 時間:2022-09-15 17:15:27 瀏覽:3729次


FIB(聚焦離子束,F(xiàn)ocused Ion beam)是將離子源(常用Ga,也有 He和Ne離子源)產(chǎn)生的離子束經(jīng)過離子槍加速聚焦后作用于樣品表面。通過產(chǎn)生二次電子信號取得電子像,這與掃描電子顯微鏡(SEM)相似;另外通過強電流離子束轟擊樣品表面,利用物理碰撞對微、納米級表面形貌加工。也可以物理濺射的方式搭配化學(xué)氣體反應(yīng),有選擇性的剝除金屬,氧化硅層或沉積金屬層。刻蝕和切割是聚焦離子束技術(shù)最主要的功能。FIB通過偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)控制離子束的掃描路徑與掃描區(qū)域,從而按照設(shè)定的圖案刻蝕出設(shè)計的結(jié)構(gòu)。在實際聚焦離子束加工制作微納米結(jié)構(gòu)時,由于FIB本身的特征及被加工材料的原因,最終加工制作出的結(jié)構(gòu)有時會產(chǎn)生缺陷,這些缺陷主要包括:

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1
傾斜側(cè)壁


在聚焦束斑內(nèi),離子呈現(xiàn)出高斯分布,越靠近束斑中心,離子相對數(shù)量越大。若離子束按單個像素點刻蝕轟擊樣品,將形成錐形截面輪廓的孔洞。隨著刻蝕深度的增加,截面的錐度將逐漸減小直至飽和。因材料及其晶體取向不同,截面通常會有~4°的錐度。


改善:要想得到與樣品表面完全垂直的截面,通常采用將樣品人為傾斜特定的角度的方式,來補償截面和離子束入射角度間的誤差。(也可采用側(cè)向入射的方式,采用定義刻蝕圖案,調(diào)節(jié)截面和表面之間的夾角,靈活地加工出形狀更加復(fù)雜的三維微納米結(jié)構(gòu)。)


2
窗簾結(jié)構(gòu)


聚焦于離子束的樣品截面中,還有一項必須注意的特殊情況就是截面的平整度,有時會在斷面上產(chǎn)生豎直線條,被稱之為窗簾結(jié)構(gòu)。 窗簾結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生主要和聚焦離子束切割固有的傾斜側(cè)壁有關(guān),同時若樣品表面形貌起伏或者成分不同,會引起表面刻蝕速度不同,從而產(chǎn)生窗簾結(jié)構(gòu)。


改善:針對產(chǎn)品表面形貌起伏產(chǎn)生的特殊窗簾結(jié)構(gòu),方法一般是在樣品表面FIB進行化學(xué)氣相沉積形成一層保護膜,使表面更加平滑;也可通過調(diào)整離子束的入射角度,在沒有起伏的表面進行分割,從而避免其干擾。針對成分不同而引起的窗簾結(jié)構(gòu),可采用搖擺切割的方法,使離子束在多個角度入射進行消除。


3
非均勻刻蝕


聚焦離子束通常能夠直接且迅速地加工制作成微納米平面形狀結(jié)構(gòu),而針對非晶體材料或單質(zhì)單晶材料,通過FIB刻蝕技術(shù)通常能夠獲得十分均勻的輪廓形狀和底面結(jié)構(gòu),而針對多晶體材料和多元化合物材料,則因為不同顆粒的取向差異,刻蝕速度在各個顆粒區(qū)域有所不同,通常會呈現(xiàn)非均勻刻蝕,底面并不平整。


改善:對于多晶材料出現(xiàn)加工缺陷,可增加掃描每點的停留時間進行改善;增大離子束在每點的停留時間,再沉積(聚焦離子束轟擊固體材料時,固體材料的原子被濺射逸出的過程中,部分原子落回樣品表面,該過程稱為再沉積。)的影響就會增強,再沉積的原子落入凹陷處的幾率更高,可以起到平坦化的作用,從而改善刻蝕底面的平整性。

隨著納米科技的發(fā)展與應(yīng)用,納米加工成為納米制造業(yè)的核心部分,而納米加工的代表性方法就是近年來發(fā)展起來的聚焦離子束技術(shù)(FIB)。利用電透鏡將離子束聚焦成小尺寸離子束,轟擊樣品表面,實現(xiàn)材料的剝離、沉積、注入、切割和改性。通過分析研究聚焦離子束加工過程中可能出現(xiàn)的缺陷,以及改進方法,使得聚焦離子束能在納米加工領(lǐng)域得到更廣闊的應(yīng)用。


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全部 3小時前 四川
文字是人類用符號記錄表達信息以傳之久遠的方式和工具?,F(xiàn)代文字大多是記錄語言的工具。人類往往先有口頭的語言后產(chǎn)生書面文字,很多小語種,有語言但沒有文字。文字的不同體現(xiàn)了國家和民族的書面表達的方式和思維不同。文字使人類進入有歷史記錄的文明社會。
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