聚焦离子束功用
在FIB系统中能够实现十分多的利用，但是就离子束的次要功用来讲就是三种：成像、溅射、堆积。
图1.1 FIB的三种工做体例：（a）成像、（b)溅射、（c）堆积
（1）成像
聚焦离子束能够像电子束一样在样品外表微区停止逐行扫描，在此过程中离子束与素材表层的原子发作交互感化产生二次电子和二次离子，那些电子或离子被响应的探测器搜集后即可对素材外表停止成像，与SEM比拟，离子束沿着差别晶向的穿透才能差别，因而离子束成像可用于阐发多晶素材晶粒取向、晶界散布和晶粒尺寸散布。
离子束成像还具有更实在反映素材表层详尽描摹的长处。当用镓离子轰击样品时,正电荷会优先储蓄积累到绝缘区域或分立的导电区域,按捺二次电子的激发,因而样品上绝缘区域和分立的导体区域会在离子像上颜色较暗,而接地导体味亮些,如许就增加了离子成像的衬度。
操纵离子沟道效应,多晶样品在离子束下成像，会有明显的通道效应产生离子通道比照度。通道效应即差别取向的晶粒，有明显的的衬度差别，因为离子束重，关于差别取向的晶粒，离子穿透深度有差别，差别取向晶粒的离子束激发出的二次电子信号量差别，构成差别取向晶粒衬度，以此能够揣度晶体粒子的尺寸。
图1.2 铜样品截面像: ( a) 电子束扫描得到的图像，( b) 离子束扫描得到的图像
（2）溅射
溅射是FIB加工的最次要功用。溅射是进射离子将能量传递固体靶材原子，使那些原子获得足够多的能量而逃逸出固体外表的现象。离子溅射并非一对一的过程。离子束轰击靶素材会产生大量反弹原子，那些反弹原子会进一步将其能量传递给四周的原子，构成更多反弹原子，此中靠近素材外表的一些反弹原子有可能获得足够动能，脱节外表能的束缚，成为溅射原子。
离子溅射的一个最次要的参数就是溅射产额（sputtering yield），那也决定了FIB的加工效率。离子溅射产额不只与进射离子能量有关，与进射角度、靶材原子密度和量量、晶体学往向有关。现实中关于镓离子束，能量在30 keV以上的溅射产额不再有明显改变。所以一般的商用聚焦离子束系同一般工做在30 keV以内。溅射一般还陪伴着原子再堆积（redeposition）现象，跟着加工深度的增加，被溅射的原子会越来越多地堆积在加工侧壁，通过削减驻留时间能够削减那种现象。
此外，还能够通进辅助气体, 停止气体辅助刻蚀（Gas Assisted Etching），可实现对某些素材刻蚀速度的大幅度提拔与削减再堆积效应。GAE有两种情状：一是利用与刻蚀样品素材不反响的气体,此气体的感化只起到在刻蚀的时候构成外表气流; 二是利用反响气体刻蚀（CL2、I2、Br2、XeF2）,是指在间接物理溅射刻蚀的同时,气体同时能够与样品溅射产品发作反响从而可以十分有效的按捺再堆积效应。
图1.3 再堆积构成示企图：(a)坑口再堆积，(b)坑内再堆积与刻蚀，(c)坑口坑内陆续再堆积，(d)最末蚀坑描摹。
（3）堆积
除了操纵离子束的溅射感化实现刻蚀功用外,离子束的能量激发化学反响来堆积金属素材(如:Pt 、W、Au等) 和非金属素材(如C 、SiO2 等) ，实现诱导堆积。在FIB系统中添加气体注进系统，通过加热产生前驱气体通进样品外表，当离子束聚焦在该区域时，离子束的能量诱导前驱气体发作反响产生固体成分保留在样品外表上，其余可挥发的成分被实空系统抽走。堆积过程中离子束仍在不竭地轰击素材外表，故离子溅射与分子堆积过程并存并彼此合作，须认真调整离子能量、剂量、通进气体的压力与流量，才气包管堆积速度大于溅射速度，从而使堆积薄膜不竭增厚。
图1.4 通过离子束诱导堆积的金属Pt图形
诱导堆积过程中，离子束仍在不竭地轰击素材外表，故离子溅射与分子堆积过程并存并彼此合作，须认真调整离子能量、单元时间剂量、通进气体的压力与流量，才气包管堆积速度大于溅射速度，从而使堆积薄膜不竭增厚。
综合利用介绍
（1）透射电镜（TEM）造样
透射电镜样品造备在电子显微学研究中起着十分重要的感化。TEM造样需要造备十分薄的样品，以便电子可以穿透样品，构成电子衍射图像。一般需要的厚度要在100nm以下，以往造备透射电镜样品是通过手工研磨和离子溅射减薄,费时吃力,胜利率低,一般用于块状素材透射电镜样品造备,难以对样品停止切确定位。聚焦离子束手艺胜利地处理了透射电镜切确定位样品的造备问题。FIB能够在需要的区域定点堆积庇护层处置后，操纵聚焦离子束从切片区域的前后两个标的目的加工、挖坑，然后操纵纳米机械手将样品转移到铜网长进行最末减薄构成小于100nm厚度的薄片做为TEM看察样品。
图2.1 用FIB造备的TEM样品
（2）截面切割表征阐发
操纵FIB的溅射刻蚀功用能够对样品停止定点切割，看察其横截面（cross-section）表征截面描摹尺寸，同时能够装备连系元素阐发（EDS）系统等，对截面成分停止阐发。一般用于芯片、LED等失效阐发范畴，一般IC芯片加工过程中呈现问题，通过FIB能够快速定点的停止阐发缺陷原因，改进工艺流程，FIB系统已经成为现代集成电路工艺线上不成贫乏的设备。
图2.2 FIB对样品缺陷区域停止截面切割阐发
（3）芯片修补与线路编纂
在IC设想中，需要对成型的集成电路的设想更改进行验证、优化和调试。当发现问题后，需要将那些缺陷部位停止修复。目前的集成电路造程不竭缩小。线路层数也在不竭增加。运用FIB的溅射功用，可将某一处的连线断开，或操纵其堆积功用，可将某处本来不相连的部门毗连起来，从而改动电路连线走向，可查找、诊断电路的错误，且可间接在芯片上批改那些错误，降低研发成本，加速研发历程，因为其省往了原形造备和掩模变动的时间和费用。
图2.3 操纵FIB从头停止线路编纂
（4）微纳构造造备
FIB系统无需掩膜版，能够间接刻出或者在GIS系统下堆积出所需图形，操纵FIB系统已经能够造备微纳米标准的复杂的功用性构造，包罗纳米量子电子器件，亚波长光学构造，外表等离激元器件，光子晶体构造等。通过合理的办法不只能够实现二维平面图形构造，以至能够实现复杂三维构造图形的造备。
图2.4 FIB在金属外表造备的二维周期与非周期纳米孔阵图形
图2.5 通过FIB堆积与溅射造备的复杂三维构造图形
一般来说根据图形的复杂水平通过FIB系统也有差别的图形造备办法如下：间接利用软件用户界面( UI) 加工在FIB系统的软件中厂商都装备常用的规则图形，例如圆、曲线、矩形、多边形以及由那些图形构成的阵列。操纵那些图形的组合能够做出复杂的图形，用户能够间接在掌握软件里在FIB 图像上间接编纂那些图形，改动加工参数。那种手动加工办法的长处是比力曲看，操做简单合适简单的微纳图形。假设关于想要造备复杂与自定义图形构造，或者多点加工来说不克不及够称心需求。
利用法式语言( Scripting) 加工
在双束里面有对系统停止掌握的编程语言，用户能够间接体例法式来掌握系统以实现加工，掌握的范畴包罗离子束扫描、电子束扫描、GIS 系统等。法式掌握的优势在于能够处理反复性和多点加工的问题，并且能够操纵编程里的函数掌握离子的扫描轨迹，实现复杂构造图形的加工。现在商用FIB系统都有强大的配套软件，实现对图形的主动生成、样品台运动、离子束的掌握（开关、刻蚀、偏转）、电子束掌握、图像识别、逻辑揣度等加工所需的全数功用。主动化水平十分高。缺点是编程的过程不克不及曲看看到成果，需要在主机上频频调试，并且需要掌握编程语言。
利用BMP位图文件加工
关于一些更复杂的图案能够转化成BMP图像停止加工，那是一种曲看的办法，在用户界面里能够间接输进BMP位图，操纵图像的灰度值来掌握加工时间的长短。灰度值越小，颜色越黑加工时间越短；灰度值增加，颜色越白加工时间越长。掌握加工区域的大小，用统一幅图像就能够加工差别的标准。
数据流(.str)文件加工
FIB 的加工过程是逐点停止的，能够造造出数据流文件来定义离子束在每个加工点的驻留时间。流文件实现了对离子束的逐点掌握，但是流文件的编写比力困难费事的。目前有一种贸易化软件( GDStoDB) 能够间接将GDSII 格局文件转换成数据流文件，但是局限性在于只能实现单图层的转换。
专业软件掌握加工
在良多利用中需要多层图形的设想，还需要掌握各个图层的加工挨次，并且每个图层所用的加工参数纷歧定不异。那对软件掌握提出了更高的要求，因为差别的加工时序带来了图层之间的定位误差。只要将那些误差消弭掉，才气获得切确的设想构造。跟着手艺的开展各大FIB厂商也推出了配套的专业掌握加工软件，实现高效、反复、多图层的加工。
（5）光刻掩膜版修复
在通俗光学光刻中，掩膜版是图形的起源，但是颠末长时间利用，掩膜版上的图形会呈现损伤，形成光刻后的图形缺陷，掩膜版造价高，假设因为掩膜版上一个小的图形缺陷形成整个掩膜版的失效，从头造备掩膜版，成本高。操纵FIB系统能够定点修复掩膜版的缺陷，办法简单，操做简单敏捷。在透光区域的缺陷修复能够利用离子堆积，抉择堆积C做为掩膜版的修复素材；在遮光区域的缺陷修复利用离子溅射，刻蚀掉遮光缺陷。不外利用FIB修复掩膜版更大的问题是会形成Ga离子污染，改动玻璃透光率形成残存缺陷，那点能够用RIE连系清洗的办法将有Ga离子注进的表层玻璃刻蚀往除，恢复玻璃透光率。
（6）三维重构阐发
利用FIB对素材停止三维重构的3D成像阐发也是近年来增长速度飞快的范畴。次办法多用于素材科学、地量学、生命科学等学科。三维重构阐发目标次要是依靠软件掌握FIB逐层切割和SEM成像瓜代停止，最初通过软件停止三维重构。FIB三维重构手艺与EDS有效连系使得研究人员可以在三维空间对素材的构造描摹以及成分等信息停止表征；和EBSD连系可对多晶体素材停止空间形态下的构造、取向、晶粒描摹、大小、散布等信息停止表征。
图2.6 页岩气三维重构效果图
（7）原子探针样品造备
原子探针( AP) 能够用来做三维成像( Atom Probe Tomography，APT) ，也能够定量阐发样品在纳米标准下的化学成分。要实现那一利用的一个重要前提就是要造备一个大高宽比、尖利的探针，针尖的尺寸要掌握在100 nm 摆布。对原子探针样品的造备要求与TEM 薄片样品很接近办法也类似。起首拔取感兴致的取样位置，在两边挖V 型槽，将底部切开后，再用纳米机械手将样品取出。转移到固定样品收座上，用Pt 焊接并从大块样品割断。持续从外到内切除外围部门构成锋利的针尖。最初将样品用离子束低电压停止最末抛光，消弭非晶层，和离子注进较多的区域。
图2.7 FIB造备的金属硅的原子探针
（8）离子注进
离子束注进改性研究也是FIB加工的一个根底性研究课题。例如摘用高能离子束轰击单晶硅外表，当注进量足够的时候，离子轰击将在样品表层引进空位、非晶化等离子轰击损伤。在此过程中注进离子与素材内部有序摆列的Si 原子发作碰碰并产生能量传递，使得本来呈有序摆列的Si 原子无序化，在外表下构成一层非晶层。注进的离子在碰碰过程中失往能量，最末停留在间隔外表必然深度的区域。