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FIB测试在材料测试中存在的重要缺陷以及改善方法
来源:测试GO 时间:2022-09-15 17:15:27 浏览:2019次


FIB(聚焦离子束,Focused Ion beam)是将离子源(常用Ga,也有 He和Ne离子源)产生的离子束经过离子枪加速聚焦后作用于样品表面。通过产生二次电子信号取得电子像,这与扫描电子显微镜(SEM)相似;另外通过强电流离子束轰击样品表面,利用物理碰撞对微、纳米级表面形貌加工。也可以物理溅射的方式搭配化学气体反应,有选择性的剥除金属,氧化硅层或沉积金属层。刻蚀和切割是聚焦离子束技术最主要的功能。FIB通过偏转系统控制离子束的扫描路径与扫描区域,从而按照设定的图案刻蚀出设计的结构。在实际聚焦离子束加工制作微纳米结构时,由于FIB本身的特征及被加工材料的原因,最终加工制作出的结构有时会产生缺陷,这些缺陷主要包括:

image.png


1
倾斜侧壁


在聚焦束斑内,离子呈现出高斯分布,越靠近束斑中心,离子相对数量越大。若离子束按单个像素点刻蚀轰击样品,将形成锥形截面轮廓的孔洞。随着刻蚀深度的增加,截面的锥度将逐渐减小直至饱和。因材料及其晶体取向不同,截面通常会有~4°的锥度。


改善:要想得到与样品表面完全垂直的截面,通常采用将样品人为倾斜特定的角度的方式,来补偿截面和离子束入射角度间的误差。(也可采用侧向入射的方式,采用定义刻蚀图案,调节截面和表面之间的夹角,灵活地加工出形状更加复杂的三维微纳米结构。)


2
窗帘结构


聚焦于离子束的样品截面中,还有一项必须注意的特殊情况就是截面的平整度,有时会在断面上产生竖直线条,被称之为窗帘结构。 窗帘结构的产生主要和聚焦离子束切割固有的倾斜侧壁有关,同时若样品表面形貌起伏或者成分不同,会引起表面刻蚀速度不同,从而产生窗帘结构。


改善:针对产品表面形貌起伏产生的特殊窗帘结构,方法一般是在样品表面FIB进行化学气相沉积形成一层保护膜,使表面更加平滑;也可通过调整离子束的入射角度,在没有起伏的表面进行分割,从而避免其干扰。针对成分不同而引起的窗帘结构,可采用摇摆切割的方法,使离子束在多个角度入射进行消除。


3
非均匀刻蚀


聚焦离子束通常能够直接且迅速地加工制作成微纳米平面形状结构,而针对非晶体材料或单质单晶材料,通过FIB刻蚀技术通常能够获得十分均匀的轮廓形状和底面结构,而针对多晶体材料和多元化合物材料,则因为不同颗粒的取向差异,刻蚀速度在各个颗粒区域有所不同,通常会呈现非均匀刻蚀,底面并不平整。


改善:对于多晶材料出现加工缺陷,可增加扫描每点的停留时间进行改善;增大离子束在每点的停留时间,再沉积(聚焦离子束轰击固体材料时,固体材料的原子被溅射逸出的过程中,部分原子落回样品表面,该过程称为再沉积。)的影响就会增强,再沉积的原子落入凹陷处的几率更高,可以起到平坦化的作用,从而改善刻蚀底面的平整性。

随着纳米科技的发展与应用,纳米加工成为纳米制造业的核心部分,而纳米加工的代表性方法就是近年来发展起来的聚焦离子束技术(FIB)。利用电透镜将离子束聚焦成小尺寸离子束,轰击样品表面,实现材料的剥离、沉积、注入、切割和改性。通过分析研究聚焦离子束加工过程中可能出现的缺陷,以及改进方法,使得聚焦离子束能在纳米加工领域得到更广阔的应用。


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全部 3小时前 四川
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