金鉴检测
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聚焦离子束显微镜(FIB-SEM)发布时间:2016-02-15 13:40:00


FIB 双束聚焦离子束显微镜

设备型号:Zeiss Auriga Compact


聚焦离子束(FIB)与扫描电子显微镜(SEM)耦合成为FIB-SEM双束系统后,通过结合相应的气体沉积装置,纳米操纵仪,各种探测器及可控的样品台等附件成为一个集微区成像、加工、分析、操纵于一体的分析仪器。其应用范围也已经从半导体行业拓展至材料科学、生命科学和地质学等众多领域。为方便客户对材料进行深入的失效分析及研究,金鉴实验室现推出Dual Beam FIB-SEM业务,并介绍Dual Beam FIB-SEM在材料科学领域的一些典型应用,包括透射电镜( TEM)样品制备,材料微观截面截取与观察、样品微观刻蚀与沉积以及材料三维成像及分析。

金鉴实验室FIB-SEM主要功能

1.场发射扫描电镜(SEM):各种材料形貌观察和分析,如金属、半导体、陶瓷、高分子材料、有机聚合物等,放大率:12×~1000,000×;分辨率1.0nm @ 15kV;1.9 nm @ 1kV;
2.X射线能谱分析仪(EDS):材料微区成分分析;MnKa峰的半高宽优于127eV;CKa峰的版高宽优于56Ev;FKa峰的半高宽优于64eV;元素Be4-U92;
3.聚焦离子束系统(FIB):材料微纳结构的样品制备,包括:SEM在线观察下制备TEM样品、材料微观截面截取与观察、样品微观刻蚀与沉积等,放大率:300×~500,000×;分辨率2.5nm @ 30kV。
4.背散射电子探头(BSD):基于不同元素衬度不同,BSD探头除了观察样品形貌衬度,同时能够实现对样品成分衬度的观察。
5.纳米操纵手:用于超薄样品(纳米级)固定转移及精细加工。
6.气相沉积系统(GIS):FIB加工前为材料提供保护层,或用于材料精加工。 


金鉴实验室FIB-SEM技术参数   


AURIGA Compact

主机台

FESEM

FIB

分辨率


0.9nm at 30kV 
1.2nm at 15kV and optimum WD
2.5nm at 1kV and optimum WD


5nm(30kV,1pA)

放大倍率

12x-1000kx

600x-500kx

束流

4pA-100nA

1Pa-50nA

加速电压

0.1-30kV

1-30kV

电子枪

肖特基热场发射型

Ga液态金属离子源(LMIS)

气体注入系统


a)最多为5通道的多通道气体注入器
(Pt,C,W,I2,Au,SiOX,XeF2以及要求的其它前驱体)
b)带有集成式局部电荷中和系统的最多为4通道的多通道气体注入器.
以及/或者配备原位清洁装置(可使用所有的标准探头)
c)只有一个前驱体的单通道气体注入器系统(Pt气体)
d)全自动和气动式可伸缩气体注入器系统,可用作局部电荷中和或原位样品清洁装置
(可以使用所有的高真空标准探测器)


 

探测器


In-lens:高效环形in-lens二次电子探测器
Chamber:ET二次电子探测器


 


聚焦离子束技术(FIB)注意事项:

(1)样品大小5×5×1cm,当样品过大需切割取样。

(2)样品需导电,不导电样品必须能喷金增加导电性。
(3)切割深度必须小于50微米。


金鉴实验室FIB-SEM应用:
FIB技术的在芯片设计及加工过程中的应用介绍:
1.IC芯片电路修改
用FIB对芯片电路进行物理修改可使芯片设计者对芯片问题处作针对性的测试,以便更快更准确的验证设计方案。 若芯片部份区域有问题,可通过FIB对此区域隔离或改正此区域功能,以便找到问题的症结。
FIB还能在最终产品量产之前提供部分样片和工程片,利用这些样片能加速终端产品的上市时间。利用FIB修改芯片可以减少不成功的设计方案修改次数,缩短研发时间和周期。
2.Cross-Section 截面分析
金鉴实验室FIB-SEM用FIB在IC芯片特定位置作截面断层,以便观测材料的截面结构与材质,定点分析芯片结构缺陷。
3.Probing Pad
金鉴实验室FIB-SEM在复杂IC线路中任意位置引出测试点, 以便进一步使用探针台(Probe- station) 或 E-beam 直接观测IC内部信号。
4.FIB透射电镜样品制备
这一技术的特点是从纳米或微米尺度的试样中直接切取可供透射电镜或高分辨电镜研究的薄膜。试样可以为IC芯片、纳米材料、颗粒或表面改性后的包覆颗粒,对于纤维状试样,既可以切取横切面薄膜也可以切取纵切面薄膜。对含有界面的试样或纳米多层膜,该技术可以制备研究界面结构的透射电镜试样。技术的另一重要特点是对原始组织损伤很小。
5.材料鉴定
材料中每一个晶向的排列方向不同,金鉴实验室FIB-SEM可以利用遂穿对比图像进行晶界或晶粒大小分布的分析。另外,也可加装EDS或SIMS进行元素组成分析。


Dual Beam FIB-SEM制样:

金鉴实验室FIB-SEMFIB主要用于材料微纳结构的样品制备,包括:TEM样品制备、材料微观截面截取与观察、样品微观刻蚀与沉积等。


FIB聚焦离子束扫描电子显微镜



1.TEM样品制备

对比与传统的电解双喷,离子减薄方式制备TEM样品,FIB可实现快速定点制样,获得高质量TEM样品。


案例一:

金鉴实验室FIB-SEM使用Dual Beam FIB-SEM系统制备高质量TEM样品。


a、FIB粗加工


FIB制样


b、纳米手转移


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c、FIB精细加工完成制样


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2.材料微观截面截取

SEM仅能观察材料表面信息,聚焦离子束的加入可以对材料纵向加工观察材料内部形貌,通过对膜层内部厚度监控以及对缺陷失效分析改善产品工艺,从根部解决产品失效问题。


案例二:

金鉴实验室FIB-SEM针对膜层内部缺陷通过FIB精细加工至缺陷根源处,同时结合前段生产工艺找出缺陷产生点,通过调整工艺解决产品缺陷。


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案例三:

金鉴实验室FIB-SEM产品工艺异常或调整后通过FIB获取膜层剖面对各膜层检查以及厚度的测量检测工艺稳定性。


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3.气相沉积(GIS)

FIB GIS系统搭载Pt气体,其作用除了对样品表面起到保护作用,还能根据其导电特性对样品进行加工。FIB加工前为材料提供保护层,或用于材料精加工。


案例四:

纳米材料电阻无法直接进行测量,通过FIB GIS系统对其沉积Pt,将其连接到电极上进行四探针法测电阻。


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4.三维重构

FIB-SEM三维重构系统是通过FIB连续切出多个截面再通过软件将一系列2D图像转换为3D图像。

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