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FIB聚焦离子束的工作原理

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FIB聚焦离子束的工作原理

发布日期:2016-07-27 作者: 点击:


FIB聚焦离子束工作原理

液态金属离子源

离子源是聚焦离子束系统的心脏,真正的聚焦离子束始于液态金属离子源的出现,液态金属离子源产生的离子具有高亮度、极小的源尺寸等一系列优点,使之成为目前所有聚焦离子束系统的离子源。液态金属离子源是利用液态金属在强电场作用下产生场致离子发射所形成的离子源[1、2]。液态金属离子源的基本结构如图1所示

在源制造过程中,将直径0.5mm左右的钨丝经过电化学腐蚀成尖端直径只有5-10μm的钨针,然后将熔融的液态金属粘附在钨针尖上,在外加强电场后,液态金属在电场力作用下形成一个极小的尖端(泰勒锥),液态尖端的电场强度可高达10^10V/m。在如此高的电场下,液态表面的金属离子以场蒸发的形式逸出表面,产生离子束流。由于液态金属离子源的发射面积极小,尽管只有几微安的离子电流,但电流密度约可达106A/cm2,亮度约为20μA/sr。

聚焦离子束系统

聚焦式离子束技术是利用静电透镜将离子束聚焦成非常小尺寸的显微切割技术,目前商用FIB系统的粒子束是从液态金属离子源中引出。由于镓元素具有低熔点、低蒸汽压以及良好的抗氧化力,因而液态金属离子源中的金属材料多为镓(Gallium,Ga)。

在离子柱顶端外加电场(Suppressor)于液态金属离子源,可使液态金属或合金形成细小尖端,再加上负电场(Extractor)牵引尖端的金属或合金,从而导出离子束,然后通过静电透镜聚焦,经过一连串可变化孔径(Automatic Variable Aperture,AVA)可决定离子束的大小,而后用E×B质量分析器筛选出所需要的离子种类,最后通过八极偏转装置及物镜将离子束聚焦在样品上并扫描,离子束轰击样品,产生的二次电子和离子被收集并成像或利用物理碰撞来实现切割或研磨。柯岷国际贸易

FIB聚焦离子束


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