显微课堂 | EM TIC 3X进行离子束刻蚀简介

 

   

在这篇文章中，您可以了解到如何通过使用EM TIC 3X离子束研磨抛光仪的离子束蚀刻工艺来优化样品的制备质量。

EM TIC 3X是一种非聚焦离子束研磨设备，可用于制备截面和平面样品，用于扫描电子显微镜（SEM）、光学显微镜（LM）、微结构分析（EDS、WDS、Auger、EBSD）和原子力显微镜（AFM）研究中。该仪器配备了三离子束系统，可以在室温或低温下加工绝大多数材料，得到大面积表面。

EM TIC 3X是一个模块化系统，可以灵活搭配各种样品台，满足不同的应用需求：

标准样品台：制备各种不同尺寸、形状和材料的样品。

冷冻样品台：防止对热敏感的样品因过热而损坏。

多样品台：至少连续制备三个样品，无需用户干预，保证高水平的样本产量。

旋转样品台：用于平面研磨或离子束刻蚀。

   

图1：EM TIC 3X离子束研磨抛光仪

离子束蚀刻，又称离子束研磨或离子研磨，是一种为扫描电子显微镜（SEM）应用准备固态样本时最常用的蚀刻工艺。在蚀刻过程中，高能氩离子束会在高真空室中轰击样品。材料的顶层被高能离子去除，呈现出无缺陷的样品表面。离子能量和研磨角度根据不同的应用，可以进行相应的调整。EM TIC 3X也可以通过离子抛光工艺改善样品机械抛光表面质量。样本表面可通过离子研磨工艺进行清洁、抛光并提高其对比度。该技术可用于获得高分辨率的SEM图像，满足各种应用需求（如故障分析），进行表面灵敏分析（如EBSD）。

EM TIC 3X的三离子源由三把独立的可控鞍形场离子枪组成，离子能量在1到10keV之间可调。离子源中需要输入工作气体，最好是氩气。然后，向阳极上施加一个高电压（1到10千伏），阴极和韦氏帽接地。由于阳极和阴极之间存在电场，工作气体将被电离（Ar+），等离子体被点燃。带正电的离子将被加速推向阴极，并产生电子，这种轰击会磨损阴极。带负电的电子将被加速推向阳极，与气体原子碰撞并产生离子。受阳极和韦氏帽之间的电场形状（马鞍场）影响，两组离子束将产生，并加速向两个阴极移动。其中一束被（盲）后侧阴极阻挡，而另一束将通过前侧阴极的出口射出，其离子的能量与加速电压相匹配。

 

 

制备扫描电子显微镜（SEM）的样品横截面时，使用一个边缘锋利的挡板遮盖样品，将50–100 µm样品材料暴露在挡板之上。三组离子束在挡板边缘的中心位置相交，轰击露出的部分并将其去除，以此制备一个高质量的样品横截面。该设备离子枪的研磨速度可达每小时300 μm（Si 10 kV, 3.5 mA, 100 μm）。这种独特的技术具备优秀的材料去除率，可制备面积大于4×1 mm的高质量样品横截面。

 

 

与钢材基底相比，锌镀层相对较软，在机械抛光时会嵌入杂质。离子研磨工艺是一种用于分析镀锌钢上锌层的厚度的技术手段。通过使用EM TIC 3X制备样品，可观察到一个干净的蚀刻表面。锌层没有伪影，晶粒结构以及界面层都清晰可见。

 

带有焊接点的半导体结构是一种非常柔软的材料，较难通过传统的机械抛光工艺制备样品。离子束研磨是制备这种样品的首选方法。为了避免焊接点中的各个部件收缩，在离子研磨过程中，样品会受液氮保护保持低温。结果显示：样品表面光滑干净，焊接点中的结构细节易于识别。