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離子束顯微鏡如何像掃描電子顯微鏡一樣工作？揭秘FIB的奧秘！
離子束顯微鏡（FIB）技術在半導體產業、材料科學及生物領域中發揮著日益重要的作用。FIB系統的設計與掃描電子顯微鏡（SEM）極為相似，但它們的工作原理卻大相徑庭。FIB利用聚焦的離子束進行取樣分析、沉積以及材料去除，這一技術的應用正在快速擴展，尤其是在需要高精度的樣品處理時更是必不可少的。
FIB不應與通過聚焦離子束進行直接寫入光刻的系統相混淆，這些系統運用的機制顯著不同。
離子束來源及特性
現今大多數的FIB系統使用的都是液態金屬離子源（LMIS），尤其是鎵（Gallium）離子源。此外，還有基於金和鉍的離子源可供使用。以鎵LMIS為例，其工作原理是將鎵金屬放置在碳化鎢針尖上，經過加熱使鎵濕潤到針尖並形成一個叫做泰勒錐的特殊形狀，該形狀的半徑極小，約2納米，形成的巨大電場導致鎵原子電離並發射出離子。
基本原理
FIB的操作方式類似於SEM，但是聚焦的離子束可以低電流運行以進行成像或高電流運行以進行特定位置的噴射或銼磨。當鎵離子束碰撞樣品表面時，會引發材料噴射，形成二次陽離子或中性原子，並且還會產生二次電子信號。這一過程不僅能獲得高分辨率的影像，還能對微觀樣品進行精確的加工，通常可以達到5納米的分辨率。
影像及刻蝕
FIB影像技術的優勢在於其在低電流下仍能提供與傳統掃描電子顯微鏡相媲美的解析度。二次電子影像能夠顯示強烈的晶粒取向對比，並無需化學蝕刻就能清楚成像晶粒形態。這使得FIB在腐蝕研究等領域展現了其優越性，因為氧氣在存在過程中可使金屬的二次離子產量增大三個數量級。
FIB的主要優勢在於其銼磨特性，這使其成為微觀及納米機械加工工具，能夠對材料進行精準的改造。
沉積技術
除了刻蝕，FIB系統還可用於材料的沉積，特別是通過離子束誘導沉積。在這一過程中，導入的前驅氣體在樣品表面化學吸附，經過掃描後，非揮發性成分如鎢會留在表面，形成所需的金屬圖案。這一技能使得FIB在半導體行業中得以融入，如用於修復光掩膜或在集成電路中進行電氣連接修正等。
在樣品準備中的應用
FIB也被廣泛用於透射電子顯微鏡（TEM）樣品的準備，因為它能夠精準選擇並處理極小區域。FIB能夠為集成電路中存在問題的特定單元準備樣品，而這是其他技術無法達成的。
前沿技術與展望
隨著低能量氦離子顯微鏡等技術的發展，FIB確立了其在高分辨率成像方面的地位，並展現了更少的樣品損傷特性。同時，質量過濾技術的發展使得從至少六種材料中選擇並使用適當的離子源成為可能，未來FIB的應用範圍將更加廣泛，並有助於快速製造納米級磁性裝置的原型。
如今，FIB向生物學以及其他新興領域開放了全新的可能性。這不但是科技進步的體現，更是未來不同領域交叉研究的縮影。在這個快速發展的科技時代，FIB的技術是否會成為下一個突破性的創新工具呢？
