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氬離子拋光、聚焦離子束以及離子減薄的異同
發(fā)布時(shí)間:2023-10-25 來源:本站 瀏覽量:521



傳統(tǒng)的拋光方式有哪些?

拋光是去除材料損傷層和應(yīng)變層,減小樣品表面粗糙度并揭示樣品原始形貌的過程,是揭示樣品內(nèi)部信息的重要方法。傳統(tǒng)拋光方法按原理可分為機(jī)械拋光、化學(xué)拋光、化學(xué)機(jī)械拋光、電化學(xué)拋光和電化學(xué)機(jī)械拋光等。隨著現(xiàn)代科學(xué)和工業(yè)的發(fā)展,材料組分和結(jié)構(gòu)朝著多樣化和復(fù)雜化的方向發(fā)展,傳統(tǒng)的拋光方法往往無法有效地制備特殊的材料和樣品

三者的對比

氬離子拋光利用離子束來蝕刻固體,它基于粒子轟擊效應(yīng),也稱為濺射,是通過高能入射粒子與固體樣品表面層附近的原子產(chǎn)生碰撞,從而去除表面原子的過程。利用離子濺射效應(yīng)而衍生的技術(shù)種類繁多,其中與氬離子拋光技術(shù)最為接近的是聚焦離子束(FIB)和離子減薄。

FIB相比氬離子拋光的離子束直徑更寬,可以拋光更大的區(qū)域,而較低的離子束能量則可以減少對樣品的損傷,在SEM、電子背散射衍射(EBSD)、陰極熒光(CL)、EPMA和掃描探針顯微鏡(SPM)等測試中,這些制樣特點(diǎn)比FIB和離子減薄制樣更有優(yōu)勢。

FIB所用的離子束多為聚焦鎵離子束,可以實(shí)現(xiàn)在二次電子觀測同時(shí)的定點(diǎn)制樣,加工速度快,但對樣品的損傷相對較為嚴(yán)重(晶體非晶化、高溫?fù)p傷等)、加工區(qū)域相對小(多為微米級)。

離子減薄技術(shù)利用離子束同時(shí)轟擊試樣正反面來實(shí)現(xiàn)樣品厚度減薄,但僅針對固定尺寸(3mm圓片)的透射電鏡樣品,而對于其他尺寸的樣品卻無法減薄。


聚焦離子束(FIB

氬離子拋光

離子減薄

工作原理

在電場和磁場的作用下,將鎵離子束聚焦到亞微米甚至納米量級,通過偏轉(zhuǎn)和加速系統(tǒng)控制離子束掃描運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)微納圖形的監(jiān)測分析和微納結(jié)構(gòu)的無掩模加工

與離子減薄原理相同

氬氣的電離采用高壓來進(jìn)行,在電場是作用下,電離后的氬離子對樣品表面進(jìn)行轟擊。在氬離子的持續(xù)轟擊下,樣品慢慢減薄,一直到使透射電鏡觀察要求滿足

應(yīng)用范圍

分析多晶材料晶粒取向、晶界分布和晶粒尺寸分布;芯片、LED等失效分析;芯片修補(bǔ)與線路編輯;光刻掩膜版修復(fù);離子注入;納米量子電子器件,亞波長光學(xué)結(jié)構(gòu),表面等離激元器件,光子晶體結(jié)構(gòu)等(微納加工)

巖石礦物;金屬;復(fù)合材料;涂層材料;光學(xué)元件;粉末材料(電池充放電前后的材料微觀形貌對比控制粉末產(chǎn)品的各層厚度,如片狀云母

陶瓷、半導(dǎo)體、金屬、合金、巖石礦物(頁巖中各類型的微孔隙及微裂縫掃描)

優(yōu)勢

刻畫三維結(jié)構(gòu)

加工速度快;

二次電子觀測的同時(shí)定點(diǎn)制樣;

能精確定位

拋光區(qū)域更大;

對樣品損失更小

對樣品損失較小;

對溫度敏感性的樣品友好

不足

對樣品損傷較大體非晶化、高溫?fù)p傷);

加工區(qū)域較小(多為微米級);

制樣成本高


僅針對固定尺寸的樣品;

不能精確定位

適用測試

透射電鏡(TEM)制樣(樣品尺寸小,厚度<100nm);截面切割表征分析;微納結(jié)構(gòu)制備;三維重構(gòu)分析;原子探針(AP)制樣

SEM、電子背散射衍射( EBSD) 、陰極熒光( CL) 、電子探針顯微分析(EPMA 和掃描探針顯微鏡( SPM) 等

透射電鏡(TEM)制樣(專為TEM設(shè)計(jì))(TEM對樣品尺寸要求高)

其他

現(xiàn)已發(fā)展成與SEM等設(shè)備聯(lián)用,一般所稱的FIB都指的是FIB-SEM雙束系統(tǒng);工作方式:成像、濺射、沉積;


具有低能量離子槍、液氮冷臺

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