FIB-SEM小知識—?dú)怏w注入系統(tǒng)（GIS）

        FIB-SEM雙束電鏡不僅僅是將聚焦離子束與掃描電鏡集成于一體，更重要的是通過集成其他輔助系統(tǒng)使FIB-SEM的加工及分析功能更加豐富。下圖是TESCAN LYRA3 FIB-SEM樣品室內(nèi)部的照片，可以看到不同的部件的安裝情況。其中氣體注入系統(tǒng)GIS是FIB-SEM的基本配置之一，GIS在FIB-SEM中起著非常重要的作用。

FIB-SEM中的GIS有兩種功能：一種是材料沉積功能，一種是輔助刻蝕功能。材料沉積就是離子束或電子束使吸附在樣品表層的氣體分子分解成易揮發(fā)部分和不易揮發(fā)部分。易揮發(fā)部分被真空系統(tǒng)抽走，不易揮發(fā)部分則沉積在離子束或電子束照射的位置形成薄膜沉積。常用的薄膜沉積輔助氣體是C₉H₁₆Pt用于沉積Pt薄膜，使用TEOS氣體沉積SiO₂薄膜；其他常用的沉積膜還有W和C膜。薄膜的沉積過程是比較復(fù)雜的，首先是形核，然后通過長大并相連形成連續(xù)的膜。由于注入的氣體都是含有特定沉積元素的有機(jī)氣體分子，薄膜的生長速度和元素組成都跟離子束或電子束的束流大小有關(guān)。例如沉積Pt過程中，離子束的束流越大，Pt薄膜中的C元素就越少，Pt含量就越大，薄膜的導(dǎo)電性越好，同時(shí)薄膜中都不可避免的摻雜Ga元素。一般來說，離子束束流越大，薄膜的沉積速度越快，薄膜的形狀越難控制。因此，F(xiàn)IB-SEM在樣品表面沉積薄膜時(shí)通常使用較小的Ga離子束流，如50-200pA?；蛘呤褂秒娮邮M(jìn)行薄膜的沉積，電子束沉積薄膜的速度要比離子束慢，但是薄膜的質(zhì)量更好。

氣體注入系統(tǒng)，同時(shí)可裝載五種不同的氣體

GIS還能夠增強(qiáng)離子束的刻蝕速度，例如XeF₂能夠增強(qiáng)Si, SiO₂和W的刻蝕速度達(dá)5– 100倍；而H₂O能夠增強(qiáng)PMMA和金剛石的刻蝕速度達(dá)10-20倍，但是會(huì)顯著降低Al, Si和SiO₂的刻蝕速度。因此使用這些氣體或這些氣體的混合可以加速刻蝕或進(jìn)行選擇性的刻蝕。下圖是使用H₂O輔助的芯片的Delayering。

XeF₂氣體會(huì)顯著提高Si的刻蝕速度，同時(shí)也會(huì)改善拋光表面的質(zhì)量；如下圖未使用XeF₂時(shí)切割后的截面流水效應(yīng)（Curtaining）比較明顯，但是如果使用XeF₂輔助刻蝕，切割后表面就比較平整。

FIB-SEM常用的氣體如下表所示：