PFIB顯微鏡是一款雙束電鏡,它可以簡(jiǎn)單理解為單束聚焦離子束系統(tǒng)與普通SEM的耦合。單束聚焦離子束系統(tǒng)由離子源、離子光學(xué)柱、束描畫(huà)系統(tǒng)、信號(hào)采集系統(tǒng)和樣品臺(tái)五個(gè)部分構(gòu)成。離子源設(shè)置在離子束鏡筒的頂端,在其上加較強(qiáng)的電場(chǎng)可以抽取出帶正電荷的離子,這些離子通過(guò)靜電透鏡及偏轉(zhuǎn)裝置的聚焦和偏轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的可控掃描。樣品加工是通過(guò)將加速的離子轟擊樣品使其表面原子發(fā)生濺射來(lái)實(shí)現(xiàn),同時(shí)產(chǎn)生的二次電子和二次離子被相應(yīng)的探測(cè)器收集并用于成像。為了避免離子束受周?chē)鷼怏w分子的影響,與掃描電鏡類(lèi)似,樣品腔和離子束鏡筒需要在高真空條件下工作。
常見(jiàn)的PFIB顯微鏡是電子束垂直安裝,離子束與電子束成一定夾角安裝。通常稱(chēng)電子束和離子束聚焦平面的交點(diǎn)為共心高度位置。在使用過(guò)程中樣品處于共心高度的位置即可同時(shí)實(shí)現(xiàn)電子束成像和離子束加工,并可以通過(guò)樣品臺(tái)的傾轉(zhuǎn)使樣品表面與電子束或離子束垂直。顯微鏡還可以配備不同的附屬設(shè)備以達(dá)到特定目的,如:特定的氣體注入系統(tǒng)(GIS),能譜或電子背散射衍射系統(tǒng),納米操縱儀和各種可控的樣品臺(tái)。
PFIB顯微鏡離子源是雙束系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件,是產(chǎn)生離子束的裝置。離子源的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)包括:離子束流強(qiáng)度范圍,離子能量范圍,最小束斑尺寸,發(fā)射離子的穩(wěn)定性,使用壽命等。這些技術(shù)指標(biāo)往往決定了整個(gè)離子束設(shè)備的性能和加工工藝水平。因此,聚焦離子束加工系統(tǒng)的發(fā)展與離子源的開(kāi)發(fā)密切相關(guān)。目前可用的離子源包括:液態(tài)金屬離子源,可以用于液態(tài)金屬離子源的元素包括Al、As、Au、B、Be、Bi、Cs、Cu、Ga、Ge、Fe、In、Li、Pb、P、Pd、Si、Sn、U和Zn等;氣體場(chǎng)離子化源(GFIS),例如,用He+可獲得10nm以下的刻蝕線;電感耦合等離子體源(ICP),通過(guò)使用惰性氣體或其它活性氣體可以實(shí)現(xiàn)大范圍的加工速率;液態(tài)金屬合金離子源(LMAISS),可利用周期表中相當(dāng)大范圍的元素,能夠?qū)崿F(xiàn)納米尺度上的加工和摻雜等新功能。