利用EM TIC 3X進行離子束刻蝕
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：
- 標準樣品臺：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械拋光表面質(zhì)量。樣本表面可通過離子研磨工藝進行清潔、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），進行表面靈敏分析（如EBSD）。
EM TIC 3X獨特的三離子束系統(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每小時300 μm（Si 10 kV, 3.5 mA, 100 μm）。這種獨特的技術(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，并且樣本可進行橫向移動，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、拋光或增強機械或化學(xué)拋光表面的對比度，去除細小的劃痕、研磨材料和涂抹偽影。
圖5：EM TIC 3X進行離子束拋光
EM TIC 3X離子束研磨拋光儀的拋光樣本實例
鋼材表面鋅鍍層：
與鋼材基底相比，鋅鍍層相對較軟，在機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：
帶有焊接點的半導(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。為了避免焊接點中的各個部件收縮，在離子研磨過程中，樣品會受液氮保護保持低溫。結(jié)果顯示：樣品表面光滑干凈，焊接點中的結(jié)構(gòu)細節(jié)易于識別。
圖7：EM TIC 3X對焊接點進行離子束拋光。結(jié)果顯示：表面光滑，結(jié)構(gòu)細節(jié)易于識別。
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