聚焦离子束扫描电子显微镜（FIB-SEM）的用途

离子束扫描电子显微镜（FIB-SEM）是将聚焦离子束（FIB）技术与扫描电子显微镜（SEM）技术有机结合的高端设备。

什么是FIB-SEM？

FIB-SEM系统通过聚焦离子束（FIB）和扫描电子显微镜（SEM）两种互补技术，实现了材料的高精度成像与加工。FIB技术利用电透镜将液态金属离子源产生的离子束加速并聚焦，作用于样品表面，可实现纳米级的铣削、沉积、注入和成像操作。这种技术能够对样品进行精确的微观加工，为后续的分析提供理想的样品形态。

与此同时，SEM通过电子枪发射电子束，经电磁透镜加速和聚焦后与样品相互作用，产生多种信号，如二次电子和背散射电子。这些信号能够揭示样品的物理和化学特性，包括形貌、成分和晶体结构等。

在FIB-SEM系统中，SEM能够实时监控FIB的操作过程，确保加工的精度和效果。这种协同工作模式使FIB-SEM具备了“观察-加工-分析”的全链条能力。

FIB-SEM的用途

1.截面分析

截面分析是FIB-SEM的典型应用之一。通过在样品表面挖出一个垂直于表面的截面，研究人员可以详细研究样品的内部结构。这种技术广泛应用于分析多层结构的厚度、夹角和组成成分。

例如，在半导体制造领域，FIB-SEM被用于检测光刻胶层的厚度和均匀性。随着集成电路从中小规模向大规模、超大规模甚至系统级芯片发展，失效分析对技术精度的要求日益提高，而FIB-SEM凭借其纳米级别的分析能力，能够满足这一需求。

2.FIB-TEM样品制备

透射电子显微镜（TEM）是一种能够观察材料微观结构的高分辨率工具，但对样品厚度要求极高，通常在100纳米以下。然而，绝大多数固体样品无法直接满足TEM的要求，此时FIB-SEM的精准加工能力便显得尤为重要。

其典型步骤包括：首先在样品的关键区域进行保护性涂层沉积，以避免制样过程中高能离子束引起的表面损伤；然后使用FIB技术对样品进行初步铣削；最后通过精细铣削将样品厚度进一步降低至TEM可用的标准。例如，磷酸铁锂正极材料经过FIB制备后的SEM图片显示，通过TEM表征可以对其内部微观结构进行详细分析。

结语

FIB-SEM作为一种高端的微观分析与加工设备，凭借其独特的双束协同工作模式和强大的功能，在材料科学、电子工业、生命科学以及纳米技术等领域发挥着重要作用。随着技术的不断进步，FIB-SEM将在微观世界的研究中发挥更加重要的作用。