聚焦离子束系统中需要配有哪两种类型的气体?

于 2024-06-26 23:06:58 发布 173 阅读 0 评论

聚焦离子束系统通常配备一些必需的气体,这些气体大致可分为两类。一类气体用于离子束诱导沉积,通常被称为诱导气体;另一类气体则用于提高离子束的溅射速率,被称为反应气体。如下图所示:

以下是两种气体分别简述。

离子束诱导沉积

离子束诱导沉积可用于金、钨、铂、铝等金属材料,以及硅、二氧化硅等非金属材料。沉积的方法是通过一个针状细管将相应的诱导气体引导至欲沉积的位置,在此过程中,诱导气体通常以单分子层的形式吸附在材料表面。在入射离子束的轰击下,吸附的气体分子会分解,最终将金属材料沉积在固体表面上。需要注意的是,入射的离子束对新沉积的材料也会产生溅射作用,净沉积速率等于沉积速率减去溅射速率。因此,在诱导沉积时,必须降低离子束能量以减小溅射速率。当沉积速率高于溅射速率时,沉积便会发生,而持续不断地补充诱导气体则可以保持沉积过程。
对材料进行深入的失效分析及研究,金鉴实验室具备Dual Beam FIB-SEM业务,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等。金鉴实验室配备了碳和铂两种沉积气体,以下以铂为例介绍具体操作步骤:
1、首先在调整好共心高度后,定位要沉积的位置。
2、锁定样品台。
3、进行针头操作:在右侧工具栏选择Pt—heat;然后选择Pt。
4、绘制沉积图案,选择PtDep。
5、沉积完成后,弹出相应窗口。
6、可以使用光束移动样品位置。在Ibeam中进行调焦和调象散,以确保形状精度
7、电子束操作:使用F7选择小区域加速Pt沉积;实时观测:使用实时模式进行观测,但电子束电流应大于离子束电流。
8、退出针头操作:选择关闭heater即可。
气体沉积在使用中有哪些常见问题呢?气体沉积表现为刻蚀,什么原因造成
影响气体沉积表现是由于到达试样表面气体数量和离子束能量,因此可能是由于:
1、离子束束流过大导致溅射速率大于沉积速率;
2、喷射出来的气体的量过小,即气体快要用完或是流出速率设置过小;
3、样品表面离气体出口较远导致到达样品表面气体量过小,即样品表面低于共心高度;
4、在样品目标位置和气体出口之间有有遮挡导致气体无法到达。

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什么时候选用铂?什么时候选用碳

如果是仅用于保护截面可以用 C,尤其是对于要减到很薄的 TEM 样品,C 可以减小离子束减薄过程中产生的“门帘效应”。

如果要做电极或者需要一定的连接强度则选用铂沉积。


束流的选择有什么原则



从图中可以看出束流过大或过小沉积效率都比较低,下面给出集中常见诱导气体的参考束流:

铂:2-6pA/μm2,

钨:70-100 pA/μm2,

碳:1-10 pA/ μm2。


辅助气体刻蚀

通过向聚焦离子束刻蚀区域通入特定的反应气体,可以显著提高离子溅射率产额。

一部分反应气体通过改变靶材表面的束缚能或直接与靶材表面发生化学反应来提高产额。然而,大多数情况下,反应气体的注入是为了减少溅射材料的再沉积,从而提高产额。

值得注意的是,不同反应气体对于不同材料的刻蚀速率增强因子是不同的,因此人们通常会有选择地使用不同反应气体进行选择性刻蚀。

举例来说,XeF2 作为反应气体对绝缘材料的刻蚀速率增强要高于对金属的影响,因此在集成电路的刻蚀中,使用XeF2可以将金属结构暴露出来,以便对电路进行分析。

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