利用EM TIC 3X進(jìn)行離子束刻蝕

瀏覽次數(shù)：821　發(fā)布日期：2024-9-6　來源：徠卡顯微鏡

在這篇文章中，您可以了解到如何通過使用EM TIC 3X離子束研磨拋光儀的離子束蝕刻工藝來優(yōu)化樣品的制備質(zhì)量。

EM TIC 3X離子束研磨拋光儀

EM TIC 3X是一種非聚焦離子束研磨設(shè)備，可用于制備截面和平面樣品，用于掃描電子顯微鏡（SEM）、光學(xué)顯微鏡（LM）、微結(jié)構(gòu)分析（EDS、WDS、Auger、EBSD）和原子力顯微鏡（AFM）研究中。該儀器配備了三離子束系統(tǒng)，可以在室溫或低溫下加工絕大多數(shù)材料，得到大面積表面。

EM TIC 3X是一個模塊化系統(tǒng)，可以靈活搭配各種樣品臺，滿足不同的應(yīng)用需求：

標(biāo)準(zhǔn)樣品臺：制備各種不同尺寸、形狀和材料的樣品。
冷凍樣品臺：防止對熱敏感的樣品因過熱而損壞。
多樣品臺：至少連續(xù)制備三個樣品，無需用戶干預(yù)，保證高水平的樣本產(chǎn)量。
旋轉(zhuǎn)樣品臺：用于平面研磨或離子束刻蝕。

圖1：EM TIC 3X離子束研磨拋光儀

離子束蝕刻工藝

離子束蝕刻，又稱離子束研磨或離子研磨，是一種為掃描電子顯微鏡（SEM）應(yīng)用準(zhǔn)備固態(tài)樣本時最常用的蝕刻工藝。在蝕刻過程中，高能氬離子束會在高真空室中轟擊樣品。材料的頂層被高能離子去除，呈現(xiàn)出無缺陷的樣品表面。離子能量和研磨角度根據(jù)不同的應(yīng)用，可以進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。EM TIC 3X也可以通過離子拋光工藝改善樣品機(jī)械拋光表面質(zhì)量。樣本表面可通過離子研磨工藝進(jìn)行清潔、拋光并提高其對比度。該技術(shù)可用于獲得高分辨率的SEM圖像，滿足各種應(yīng)用需求（如故障分析），進(jìn)行表面靈敏分析（如EBSD）。

EM TIC 3X獨(dú)特的三離子束系統(tǒng)工作原理

EM TIC 3X的三離子源由三把獨(dú)立的可控鞍形場離子槍組成，離子能量在1到10keV之間可調(diào)。離子源中需要輸入工作氣體，最好是氬氣。然后，向陽極上施加一個高電壓（1到10千伏），陰極和韋氏帽接地。由于陽極和陰極之間存在電場，工作氣體將被電離（Ar+），等離子體被點(diǎn)燃。帶正電的離子將被加速推向陰極，并產(chǎn)生電子，這種轟擊會磨損陰極。帶負(fù)電的電子將被加速推向陽極，與氣體原子碰撞并產(chǎn)生離子。受陽極和韋氏帽之間的電場形狀（馬鞍場）影響，兩組離子束將產(chǎn)生，并加速向兩個陰極移動。其中一束被（盲）后側(cè)陰極阻擋，而另一束將通過前側(cè)陰極的出口射出，其離子的能量與加速電壓相匹配。

圖2：EM TIC 3X的三離子束系統(tǒng)

圖3：離子源工作原理

通過離子束刻蝕制備橫截面樣品

制備掃描電子顯微鏡（SEM）的樣品橫截面時，使用一個邊緣鋒利的擋板遮蓋樣品，將50–100 µm樣品材料暴露在擋板之上。三組離子束在擋板邊緣的中心位置相交，轟擊露出的部分并將其去除，以此制備一個高質(zhì)量的樣品橫截面。該設(shè)備離子槍的研磨速度可達(dá)每小時300 μm（Si 10 kV, 3.5 mA, 100 μm）。這種獨(dú)特的技術(shù)具備優(yōu)秀的材料去除率，可制備面積大于4×1 mm的高質(zhì)量樣品橫截面。

圖4：EM TIC 3X制備橫截面樣品

離子束蝕刻制備平面樣品

平面研磨（或離子束拋光）中使用的是旋轉(zhuǎn)樣品臺。由于三組離子束聚焦一點(diǎn)，并且樣本可進(jìn)行橫向移動，因此能夠制備出直徑大于25 mm的均勻、高質(zhì)量的區(qū)域。

該制備工藝可用于清潔、拋光或增強(qiáng)機(jī)械或化學(xué)拋光表面的對比度，去除細(xì)小的劃痕、研磨材料和涂抹偽影。

圖5：EM TIC 3X進(jìn)行離子束拋光

EM TIC 3X離子束研磨拋光儀的拋光樣本實(shí)例

鋼材表面鋅鍍層：

與鋼材基底相比，鋅鍍層相對較軟，在機(jī)械拋光時會嵌入雜質(zhì)。離子研磨工藝是一種用于分析鍍鋅鋼上鋅層的厚度的技術(shù)手段。通過使用EM TIC 3X制備樣品，可觀察到一個干凈的蝕刻表面。鋅層沒有偽影，晶粒結(jié)構(gòu)以及界面層都清晰可見。

圖6：EM TIC 3X制備的鋼材表面鋅鍍層樣品，蝕刻表面非常干凈。

焊接點(diǎn)：

帶有焊接點(diǎn)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是一種非常柔軟的材料，較難通過傳統(tǒng)的機(jī)械拋光工藝制備樣品。離子束研磨是制備這種樣品的首選方法。為了避免焊接點(diǎn)中的各個部件收縮，在離子研磨過程中，樣品會受液氮保護(hù)保持低溫。結(jié)果顯示：樣品表面光滑干凈，焊接點(diǎn)中的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)易于識別。