聚焦离子束（FIB）

工作原理

产生离子。 液态镓浸润一根尖端极细的针。强电场把镓离子（失去一个电子因而带电的原子）从针尖拉出来。
加速并聚焦。 离子被加速，通常到约 30 kV，电透镜（使带电粒子路径弯曲的带电环）把它们压缩成小到几纳米的光点。光阑（一个小孔）决定通过多少离子：离子越多切得越快，但光点越宽。
扫描。 扫描板按编好的图案操控离子束扫过表面，像一条微小的数控刀具路径。
铣削。 每个离子像微观的炮弹一样撞击表面，打出几个原子。这称为溅射。一遍又一遍，离子束挖出沟槽、孔或截面，壁面精度达几十纳米。
成像。 撞击还会打出电子。探测器收集它们来构成图像，就像扫描电子显微镜；大多数设备还配有真正的电子镜筒，用于更温和的成像。
沉积或取出。 一根针喷出含铂或钨的气体。离子束打到的地方，气体分解并留下金属沉积物，用于给芯片重新布线，或把薄片焊到微小的探针上并将其取出。

关键数据

材料: 真空中几乎任何材料：硅、金属、陶瓷、玻璃、聚合物、冷冻的生物样品
典型零件: 芯片截面和修复、用于电子显微镜的薄片（薄层）、纳米图案、微小的探针针尖
零件尺寸: 特征尺寸从约 10 nm 到几十微米，样品从几毫米到整片晶圆
精度: 约十到几十纳米
表面质量: 切面非常光滑；表面会保留一些注入的镓和一层薄的损伤层
适合的批量: 单件：分析、修复、样品
模具与设备成本: 无需模具；仪器价格从几十万到几百万美元
速度: 非常慢：去除一个几微米宽的立方体可能需要几分钟到几小时

优点与局限

优点

在纳米尺度上，想在哪里切就在哪里切，无需掩膜
在同一台机器里铣削、成像和沉积
适用于几乎任何固体材料
可以修复或重新布线已经完成的芯片

局限

极慢；只能处理极小的体积
镓离子会注入并损伤表面
仪器昂贵，还需要真空和熟练的操作员
串行加工，一次一个点：不适合生产

应用领域

半导体失效分析、故障芯片的截面、样品上的电路修改
显微分析用于透射电子显微镜的薄片
材料科学金属、电池、岩石的三维“切片观察”成像
纳米制造纳米图案、纳米孔、探针显微镜的针尖
生命科学冷冻细胞的薄片（冷冻 FIB）

如何识别

你看不见它。 FIB 切口对肉眼来说实在太小；你永远不会在产品上发现一处。它的工作隐藏在手机和笔记本电脑的芯片背后，这些芯片的样品曾用它切开、检查，有时还修复过。
在电子显微镜下， FIB 的加工表现为完美的矩形盒子和沟槽，壁面光滑陡峭，常常在抛光的截面前有一个阶梯形的坑。
铂条。 铺在切割区域上方的一条薄薄的保护性金属条，是典型的 FIB 标志。

对比

光刻13.2通过掩膜一次对整片晶圆图案化；FIB 无需掩膜，一次写一个点，慢得多，但很灵活。飞秒激光加工13.6同样无需刀具就能精确去除材料，但快得多，尺度是微米而非纳米。电火花成形加工6.6用火花在毫米尺度上去除金属；FIB 用离子去除原子。

观看

Penn State MRI · 对这台仪器及其用途的清晰实验室介绍

AIF NC State University · 实时铣削，在操作员屏幕上看到的画面

Covalent · 如何切出薄片、焊到探针上并取出

PicoScientific · 切片观察成像，重建样品的三维结构

查看实拍照片

维基百科：聚焦离子束 — 离子镜筒和 FIB 加工结构的插图
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记住

聚焦的镓离子束在瞄准的位置精确去除原子。
同一台机器可以铣削、成像和沉积金属，全都在纳米尺度。
它是分析、修复和样品的工具，对大批量生产来说慢得多。