聚焦离子束（FIB） 揭秘材料与器件的微结构

FIB是聚焦离子束的简称，由两部分组成。一是成像，把液态金属离子源输出的离子束加速、聚焦，从而得到试样表面电子像（与SEM相似）；二是加工，通过强电流离子束剥离表面原子，从而完成微，纳米级别的加工。

图1 863中心设备上新--FIB

    图2 FIB工作示意图

一、FIB主要功能

1.微纳米级截面加工

FIB可以精确地在器件的特定微区进行截面观测，同时可以边加工刻蚀、边利用SEM实时观察样品。截面分析是FIB最常见的应用。这种刻蚀断面定位精度极高，在整个制样过程中样品所受应力很小，制作的断面因此也具有很好的完整性。

图3  截面加工（左）图4 FIB减薄非晶层（右）

2.制备TEM薄片样品

透射电子显微镜（TEM）具有极高的分辨率，其对样品制备有着极高的要求。通常情况下，样品厚度需要小于100nm，才可以被电子束穿透，用于观测。FIB由于具有精密加工的特性，是用来制备TEM样品的良好工具。制样过程如动图所演示：

3.电子线路编辑、芯片修复、刻蚀加工

在IC设计中，需要对成型的集成电路的设计更改进行验证、优化和调试。当发现问题后，需要将这些缺陷部位进行修复。运用FIB的溅射功能，可将某一处的连线断开，或利用其沉积功能，可将某处原来不相连的部分连接起来。即直接在芯片上修正错误，降低研发成本，加速研发进程。

图5 芯片FIB剥层（左） 图6 表面刻蚀工艺（右）

二、FIB应用领域 

1.电子信息行业：

半导体电子器件和集成电路技术的迅速发展，器件和电路结构日趋复杂，对微电子芯片的工艺诊断，失效分析，异物分析等提出了更高要求。对于PCB&PCBA中的缺陷定位后的截面分析，FIB的应用尤为广泛。

图7 失效PCB板FIB-TEM切片分析

2.新能源行业：

在“30·60”双碳目标的大背景下，新能源产业蓬勃发展的同时，大大加快了新能源材料的发展。在锂离子电池材料的研发进程中，FIB起到了至关重要的作用，如正负极材料&极片的包覆分析、工艺逆向分析，新型储能材料的性能研究等等。

图8 硅碳负极颗粒FIB形貌及面分布图

3.新型显示行业：

从材料科学角度看，FIB可以实现近乎无应力条件下的超精细加工且对材料要求不高，所以首先被应用于光刻胶、即半导体、显示面板等领域。当出现LED烧电极问题，质量争议最多的是芯片和电源。近些年，FIB越来越多地应用于LED/液晶材料表征与失效分析中。

图9 液晶LCM模组-FOC软板膜层分析

三、结语

FIB聚焦离子束由于其强大的精细加工和微观分析能力，广泛应用于新能源、新材料等各行业。863中心持续为您提供一站式检测评价及产业服务，以及专业准确的材料分析、失效分析方案。

送检须知：

①样品尺寸直径≤6cm、高度≤2.5cm，若样品尺寸过大，需协商进行裁切处理。

②样品不能是强磁性样品以及液体。

③样品需要导电，若样品导电性较差，我们会进行提前喷金或者喷碳处理。