利用EM TIC 3X進(jìn)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(gè)模塊化系統(tǒng)，可以靈活搭配各種樣品臺(tái)，滿足不同的應(yīng)用需求：

• 標(biāo)準(zhǔn)樣品臺(tái)：制備各種不同尺寸、形狀和材料的樣品。
• 冷凍樣品臺(tái)：防止對(duì)熱敏感的樣品因過(guò)熱而損壞。
• 多樣品臺(tái)：至少連續(xù)制備三個(gè)樣品，無(wú)需用戶干預(yù)，保證高水平的樣本產(chǎn)量。
• 旋轉(zhuǎn)樣品臺(tái)：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(shí)最常用的蝕刻工藝。在蝕刻過(guò)程中，高能氬離子束會(huì)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(wú)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(guò)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(guò)離子研磨工藝進(jìn)行清潔、拋光并提高其對(duì)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(chǎng)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(yáng)極上施加一個(gè)高電壓（1到10千伏），陰極和韋氏帽接地。由于陽(yáng)極和陰極之間存在電場(chǎng)，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(huì)磨損陰極。帶負(fù)電的電子將被加速推向陽(yáng)極，與氣體原子碰撞并產(chǎn)生離子。受陽(yáng)極和韋氏帽之間的電場(chǎng)形狀（馬鞍場(chǎng)）影響，兩組離子束將產(chǎn)生，并加速向兩個(gè)陰極移動(dòng)。其中一束被（盲）后側(cè)陰極阻擋，而另一束將通過(guò)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(guò)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(shí)，使用一個(gè)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(gè)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(shí)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(tái)。由于三組離子束聚焦一點(diǎn)，并且樣本可進(jìn)行橫向移動(dòng)，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(duì)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(duì)較軟，在機(jī)械拋光時(shí)會(huì)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(guò)使用EM TIC 3X制備樣品，可觀察到一個(gè)干凈的蝕刻表面。鋅層沒(méi)有偽影，晶粒結(jié)構(gòu)以及界面層都清晰可見(jiàn)。

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(guò)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(gè)部件收縮，在離子研磨過(guò)程中，樣品會(huì)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(shí)別。

圖7：EM TIC 3X對(duì)焊接點(diǎn)進(jìn)行離子束拋光。結(jié)果顯示：表面光滑，結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)易于識(shí)別。

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