氙等離子體光纖制作無鎵微結構

　　在電子和納米技術領域，在納米尺度上操縱材料的能力非常重要。聚焦離子束(FIB)儀器已成為這項工作的必要條件。

　　FIB的工作方式與掃描電子顯微鏡(SEM)類似，但它不是在表面掃描電子，而是使用離子束。由于聚焦離子束比電子束具有更大的能量，可以通過濺射工藝直接改變或“研磨”樣品表面，可以精確控制在納米精度。這使得離子束可以用于精細的納米加工，去除材料(銑削)或生產微小的零件或形狀(制造)。

　　FIB可用于通過稱為離子束輔助化學氣相沉積(CVD)的工藝將材料高精度地添加到表面。這實際上與FIB銑削相反。離子束輔助CVD使用特定的沉積氣體，其分解以精確的方式在樣品表面沉積材料。


　　結合FIB和SEM雙系統

　　FIB很少單獨使用，通常與SEM等成像系統結合使用，以驗證FIB制作的結構。TES的XEIA3包括用于在離子束修改期間或之后實時成像的SEM柱；和用于移除小顆粒以供進一步分析的顯微操作器。


　　tes的XEIA3

　　通過提供互補的成像和束化學功能，FIB-SEM促進了FIB銑削表面特定區域的高分辨率SEM成像。這允許選擇性的現場樣品制備以及同步SEM成像和使用濺射和沉積制造復雜特征。


　　為什么含氙光纖有優勢？

　　傳統FIB系統使用精細聚焦的鎵離子束進行樣品表面研磨。然而，使用氙離子等離子體代替鎵FIB已被證明更適合于許多應用。

　　鎵束固有地將鎵原子注入研磨樣品的表層。這是有問題的，因為它會污染樣品的晶體結構，改變其形狀(非晶化)，并且因為鎵是導電的，它還可能導致樣品的電學性質的變化。

　　這不是氙等離子體FIB的問題，因為氙的化學惰性使其注入較少，氙的低電導率意味著樣品的電學性質保持不變。這意味著Xe等離子體FIB，即使在30 keV能量和60 nA電流下，也不會引起顯著的樣品非晶化或相變。氙束還可以實現更快的銑削速度，比鎵快60倍，這意味著可以實現大面積樣品和更深的樣品深度。


　　用氙等離子體光纖制備透射電鏡樣品

　　透射電子顯微鏡(TEM)是一種納米尺度的成像技術，它涉及通過樣本傳輸電子，然后測量它們以創建圖像。為了確保傳輸足夠的電子來產生有用的圖像，所用的樣品必須非常薄，通常小于100納米。TEM可用于捕捉樣品中的細微細節，也可用于觀察穿過樣品的電子衍射時樣品中的晶體位錯和其他結構不規則性。因此，TEM常用于材料科學，尤其是納米技術和半導體研究領域。

　　FIB的主要應用之一是制備用于TEM成像的樣品。對于這種應用，有必要避免FIB對樣品造成的損傷，因為它會產生不具有代表性的樣品結構。對于微電子工業中的復雜系統來說尤其如此。在這些情況下，使用低能Xe束。

　　研究表明，Xe束在30 keV束能量下對薄樣品的損傷遠小于Ga束。此外，Xe  beam提供了更高質量的板材樣品，所需的精整也顯著減少。


　　利用Xe等離子體FIB制作微型霍爾探針

　　霍爾探針是一種傳感器，它可以通過稱為霍爾效應的機制響應磁場的接近而改變其輸出電壓。霍爾探針是檢測磁場的理想傳感技術，因為它們對磁場有電子響應。

　　霍爾探針由磷化鉭(TaP)等半導體材料薄片制成。微型霍爾探針的生產涉及許多挑戰，例如改變材料導電性的風險和研磨材料所需的精確技術。tesu  HR-SEM/等離子體纖維XEIA3顯微鏡可用于從TaP錠制備微型霍爾探針。

　　在這種情況下，使用Xe等離子體FIB特別有用，因為使用Xe束可以在2 A的更高電流下進行銑削，這明顯高于Ga  FIB允許的50 nA的電流。這意味著用Xe-FIB濺射100個微米3硅只需要18分鐘，而用Ga-FIB需要19個小時。

　　此外，如果在濺射過程中向材料中注入氙，則結果是不相關的。因為氙不導電，霍爾探頭的電位和電流測量值不會改變。但是，如果鎵污染了樣品，可能會導致錯誤的探針測量。


　　

　　使用TESCAN  XEIA3制造的微型霍爾探針。


　　結論

　　B-SEM組合儀器應用廣泛，從顆粒分析和材料表征到工業故障分析和過程控制。Xe光纖由于其低污染、高速度和高可控性，顯示出許多優于Ga光纖主要優點。