聚焦離子束（FIB）技術是一種高精度的納米加工和分析工具，廣泛應用于微電子、材料科學和生物醫學等領域。FIB通過將高能離子束聚焦到樣品表面，實現對材料的精確加工和分析。目前，使用Ga（鎵）離子的FIB裝置是最為常見的類型，因其具有良好的分辨率和加工能力。

FIB的三個基本功能

1.濺射功能

FIB的濺射功能是其最基礎的應用之一。當Ga離子束聚焦并照射到樣品表面時，樣品表面的原子和團簇會被噴射出來。這一過程類似于物理濺射，但具有更高的精度和可控性。濺射功能使得FIB能夠在納米尺度上對材料進行微加工，例如刻蝕、切割和表面修飾等。這種功能在微電子器件的制造和修復中具有重要應用價值。

2.沉積功能

FIB的沉積功能允許在樣品表面沉積金屬或絕緣膜。在離子束照射的同時噴射W（碳化鎢）等輔助氣體，可以在照射位置沉積金屬和絕緣物。這種沉積過程是通過化學反應實現的，例如Ga離子與輔助氣體中的原子發生反應，形成沉積物。沉積功能與濺射功能相結合，可以實現復雜的微結構加工，如剖切斷面和布線校正等。這種功能在微電子器件的制造和修復中同樣具有重要作用，能夠實現對器件結構的精確調整和修復。

3.觀察功能

FIB的觀察功能是通過掃描離子束并檢測從照射位置發出的二次電子和二次離子來實現的。通過將檢測到的信號強度成像，可以獲得掃描離子顯微鏡（SIM）圖像。SIM圖像具有高分辨率和高對比度，能夠清晰地顯示樣品表面的微觀結構和形貌特征。由于FIB具有SIM功能，還可以在加工過程中進行實時觀察和監控，確保加工的精度和質量。

FIB的多種功能

1.剖切斷面和實時觀察

FIB的剖切斷面和實時觀察功能是其在材料分析和缺陷檢測中的重要應用之一。剖切斷面和實時觀察的步驟包括：首先，在需要剖切斷面的部位沉積C和W等材料，以防止在露出截面時邊緣崩塌；然后，從離目標觀察位置有一定距離的部位開始淺挖，并在開始時增加離子束電流以提高挖掘速度，結束時減少離子束電流以提高精度；最后，將樣品傾斜，以便從離子束照射的上方進行SIM觀察。使用該方法對工藝次品進行剖切斷面和實時觀察的例子，通過FIB的剖面SIM圖像可以清晰地觀察到缺陷的具體位置和形態特征，為缺陷分析和改進提供了重要依據。

2.其他分析法預處理

FIB在其他分析方法的預處理中也具有重要作用。例如，在掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）/掃描透射電子顯微鏡（STEM）的剖面和平面觀察樣品制備中，FIB可以用于精確地切割和拋光樣品，使其達到所需的厚度和表面平整度。此外，FIB還可以用于剝出焊盤進行探測，以及在電位對比度觀察期間進行電荷釋放處理等，為后續的分析和檢測提供了良好的樣品基礎。

3.多晶金屬晶粒微細結構觀察

FIB還可以用于觀察多晶金屬晶粒的微細結構。FIB剖切斷面并用SIM圖像實時觀察，可以清晰地觀察到樣品中不同晶粒的對比度差異。這種對比度被稱為通道對比度，其差異的原因取決于Ga離子在表面附近釋放了多少二次電子，而二次電子釋放量的不同又取決于晶向的不同。

結論

聚焦離子束（FIB）技術以其高精度和多功能性，在微電子、材料科學和生物醫學等領域具有廣泛的應用前景。隨著技術的不斷發展和創新，FIB的應用范圍和精度將進一步提高，為科學研究和產業發展做出更大的貢獻。