聚焦离子束电子束系统及其在生物学和医学上的应用

聚焦离子束电子束系统在材料失效分析、纳米材料结构表征与性能分析以及纳米器件研制等方面发挥着重要作用。近年来该系统在生物学和医学领域的应用日益受到人们的重视。本文介绍聚焦离子束电子束系统的组成、性能、相关功能及其在生物学和医学上的若干应用,包括透射电镜生物样品制备、细胞和组织内部结构观察与三维重构等。

美国科学家发明聚焦离子束和电子束新系统

最近，美国科学家发明了一种能同时聚焦离子束(通常为带正电荷的阳离子)和电子束的新系统，将离子束技术的运用范围和效率又往前推进了一步。美国科学家对其实验室发明的多离子束系统进行改进后，得到了中和正离子的全新方法。与传统聚焦离子束装置中的液化金属离子不同，这一新系统使用两个离子束腔，将气态分子中的电子和正离子分离。

聚焦离子束扫描电子显微镜三维成像技术在肿瘤生物学领域的应用

将聚焦离子束和扫描电子显微镜相整合而形成的双束系统——聚焦离子束扫描电子显微镜(Focused Ion Beam-Scanning Electron Microscopy,FIB-SEM)已成为对生物样品的超微结构进行成像和定量分析的有力工具。该系统既能对硬质生物材料进行铣削,又能在纳米尺度完成对其三维结构的重建。更为重要的是,它还能将组织或器官的宏观形态与组成细胞的内部结构直接关联。本文介绍了FIB-SEM的工作原理和设备组成,对FIB-SEM三维成像在肿瘤及肿瘤干细胞模型、生物打印系统的铣削、成像和超微结构分析,以及癌细胞对纳米颗粒的摄入等肿瘤生物学领域的典型应用进行了概述,并对利用FIB-SEM三维定量和超微结构分析的方法研究线粒体和其他亚细胞结构与癌症发生的关系提出了展望。目的是强化FIB-SEM在肿瘤生物学领域的应用,以揭示肿瘤细胞超微形态和结构变化对肿瘤演进所起的作用,为肿瘤治疗提供新靶标。

原子力显微镜-扫描电子显微镜共定位表征系统的研发与应用

微纳加工过程中,常有样品需要进行聚焦离子束(FIB)溅射、切割,扫描电子显微镜(SEM)以及原子力显微镜(AFM)表征,而这三类仪器都需要将样品固定在样品台上才可测试,固定不佳会影响表征结果.但固定好的样品在不同仪器之间转移、拆卸、再固定的过程中极易受到破坏.基于以上问题,设计了AFM-SEM-FIB样品共定位系统,可实现样品在此三种仪器之间的无损转移及共定位,避免珍贵样品破坏及目标丢失,以及解决AFM扫描无法控制方向、迅速调整位点等问题.在微纳表征中有优异的表现,系统已被开发成产品并量产销售.

基于FIB-SEM双束系统制备TEM原位加热样品

聚焦离子束-扫描电子显微镜(FIB-SEM)双束系统因具有定位精准、加工精度高等优点,被广泛用于微纳尺度样品的高质量制备,如定点截面加工、纳米图形加工、透射电子显微镜(TEM)和三维原子探针样品等。然而,随着TEM原位表征技术的发展,对样品的制备提出了更高的要求。其中,TEM原位加热样品由于受加热芯片几何形状的限制,在样品的提取、转移和减薄等工序上具有较高的技术难度。利用FIB-SEM双束系统,在传统TEM样品制备工艺基础上,通过合理改进制备流程和参数,调整样品提取和减薄顺序,并配合低电压清扫工艺,成功制备了可用于原位加热和表征的TEM样品。

聚焦离子束系统液态金属离子源的研制

设计了一种聚焦离子束系统用液态金属离子源(Liquid Metal lon Source-LMIS),本文对该源组件结构的设计、发射针尖的腐蚀工艺、挂金属镓工艺、测试系统的设计作了介绍;然后对该离子源的I-V特性、角电流密度、稳定性以及寿命等性能进行了测试。实验结果表明,该源的各项指标均达到了聚焦离子束系统的要求,并对影响源性能的因素进行了分析,从而为合理有效地设计液态金属离子源提供启示。

亚微米聚焦离子束数字图像系统

介绍我们研制的亚微米聚焦离子束装置的数字图像系统。它采用数字存贮技术,离子束在样品观察区扫描一次即可获得稳定清晰的图像,大大降低了离子束对样品的辐射损伤。它具有操作灵活、图像处理等多项功能。本系统是聚焦离子束装置必不可少的部分,亦可推广应用于其它各种扫描成像的设备中。

电子束、离子束、光子束纳米微细加工技术的进展

简要评述电子束、离子束、光子束纳米微细加工技术的进展状况与新方法的探索。

新一代微分析及微加工手段——聚焦离子束系统

聚焦离子束 (FIB)技术是 90年代发展起来的具有微细加工和微分析组合功能的新技术。随着集成电路线宽的不断减小 ,集成度不断提高 ,该技术已在微电子工业中被广泛应用 ,其优势也日益显现。文中主要对FIB系统的构成作较为详尽的介绍 ,同时也涉及该技术的应用和发展。

微波离子源聚焦离子束光学系统的研究

设计了一种微波离子源的聚焦离子束光学系统，分析计算了该光学系统的束径，并数值模拟了由空间电荷作用造成的束径增宽效应，找出了影响束斑大小的主要因素和减小束径的方法。测试结果表明，在束能为２５ｋｅＶ时，束流为１４８ｎＡ，束径约为２０μｍ左右。

新一代微细加工的手段聚焦离子束技术及组合系统

随着现代微电子工业的迅猛发展,电子元器件的尺寸越来越小、电路的集成度越来越高。尤其是近几年,由于制造工艺和手段的日趋成熟,使得高性能、高质量的新一代集成电路层出不穷。20世纪90年代发展起来的聚焦离子束技术是一种集形貌观测、定位制样、成份分析、薄膜淀积和无掩模刻蚀各过程于一身的新型微纳加工技术。它大大提高了微电子工业上材料、工艺、器件分析及修补的精度和速度,目前已经成为微电子技术领域必不可少的关键技术之一。

聚焦离子束制样条件对TEM样品形貌的影响

聚焦离子束(FIB)因其制样成功率和效率高,可定点精确制样等特点已经成为半导体失效分析领域重要的透射电子显微镜(TEM)制样方法。利用双束FIB系统针对TEM样品制备条件对样品形貌的影响进行了分析和研究。通过控制变量法等方法分析了FIB的电子束或离子束等制样条件可能对样品带来的损伤。通过实验发现,FIB的离子束能量对TEM样品热损伤影响较小,电子束的电压和电流是引起样品损伤的主要因素。实验证明,在电子束辅助沉积保护层时适当降低电子束的电压和电流,可有效改善样品的微观形貌。

聚焦电子/离子束技术的原理及应用

总结近几年来聚焦电子/离子束双束技术的发展概况和主要应用领域,主要对双束系统的结构、原理及其在刻蚀、沉积、离子注入、显微成像和能谱分析等几方面的应用发展进行介绍,讨论双束技术未来发展的趋势。

聚焦离子束扫描电镜双束系统在材料研究中的应用

近年来,聚焦离子束扫描电子显微镜(FIB)因具有独一无二的优势,广泛应用于材料科学、微纳加工、半导体器件制造中。尤其是其精密加工和定位加工的特点,获得了众多研究者的青睐。本文介绍了聚焦离子束电镜双束系统在材料研究中的几种应用。

聚焦离子束系统中图形发生及自动套准系统的研究

本文描述了一种用于聚焦离子束系统的图形发生器和自动套准系统的研究和实现，并探讨了发展和改进的方向．该系统采用硬件实现扫描控制和坐标变换．在我们的实验条件下，实现了单场扫描2秒钟，套准计算4秒钟．该系统同样也适用于电子束曝光机系统。

用于微型、纳米卫星三维作图的微型多来电子束曝光系统研究

采用微型多束电子束曝光手段研制微型、纳米卫星所用ＭＥＭＳ和ＡＳＩＭ分系统，具有灵活、迅速和设备费用较低的优点。本文介绍一台四束微型电子束曝光系统的总体方案、电子光柱计算、结构设计和扫描电路实验。四条电子束一条适用于微型机械直接光刻，两条适用于ＶＬＳＩ和ＭＭＩＣ，第四条适用于光集成电路。

聚焦离子束系统虚拟仿真实验项目的建设与教学

主要对聚焦离子束系统虚拟仿真实验教学项目的建设和教学实践进行了总结和探讨。本实验针对扫描电子显微镜观测和离子束刻蚀沉积的相关实验内容在本科教学中难以真实实现的现状,开发了聚焦离子束系统仿真实验,能够开展样品制备和装载、扫描电子显微镜观测样品、离子束刻蚀和沉积、图像采集和图像处理系列仿真实验。实验教学活动中明显突出了学生的主体性以及学生综合素质和创新能力的培养,用于实验教学后,受到学生好评,选课人数多,已获评国家级虚拟仿真实验教学一流课程。

聚焦离子束双束系统在微机电系统失效分析中的应用

MEMS惯性传感器是一种将运动物理量转换成电信号的传感器,其工作原理涉及物理学、机械学、微电子学科等。随着MEMS芯片尺寸的不断缩小和性能的不断提高,传统的半导体失效分析方法已很难满足MEMS器件失效分析的需求。本研究结合MEMS器件的工作原理和FIB双束系统的特点,通过聚焦FIB双束系统分析MEMS芯片中3种常见的失效形式,即产品存在漏电流、灵敏度异常和零输入偏差漂移等,分析得出MEMS芯片中常见的几种失效模式包括电极结构损坏、晶圆制造过程中引入的硅颗粒等典型失效模式,在此过程中展现出FIB双束系统在MEMS失效分析中特有的灵活性和优越性。

聚焦离子束的图形产生和自动套准系统

本文详细介绍了新一代用于聚焦离子束的图形产生和自动套准系统。该系统设计的基点是充分考虑计算机运算速度极大的提高，使得原来必须靠硬件实现的功能，完全可以由软件来实现，而并不降低其执行速度。带来的好处是大大降低了硬件的规模，提高了系统的可靠性、灵活性和可扩展性。由于硬件的规模的降低，成本也相应降低，这就有利于系统的推广应用。

在聚焦离子束系统中进行集成电路显微探测的应用实例研究

在模拟集成电路的设计开发中，需要对集成电路芯片内部信号的时序和电平进行精确的测量。这在过去是以光学显微镜和微型机械探针相结合的机械显微探测法来实现的，但是，对于当今半导体技术下的集成电路内部微小线宽互连几何结构，光学显微镜已无法提供足够的图像分辨率且无法保证探针的准确放置，面更小几何尺寸半导体工艺的进一步发展却要求探测工具具有越来越高的探针放置精度和空间分辨率，应用微型机械探针和聚焦离子束扫描离子显微镜相结合的新的机械探测技术，已经在这一领域进行了一些实例研究。本文重点阐述在一模数混合信号器件设计开发过程中，从芯片内部调试获取一人需10纳秒延时的600mV模拟电压跃升信号的应用实例研究。