双束FIB-SEM系统在材料科学中的应用

导语

聚焦离子束扫描电镜双束系统（FIB-SEM）是一种先进的微纳加工和成像技术，它在材料科学研究中扮演着不可或缺的角色。

FIB-SEM系统能够对材料进行精确的定点切割和分析，从而揭示材料内部的微观结构和成分。以CdS微米线为例，通过光学显微镜观察，我们可以看到微米线节点处可能含有其他物质，但无法确定具体成分和内部形貌。利用FIB-SEM技术，我们可以在节点处进行定点切割，制备截面样品，并通过扫描电镜成像和能量色散谱（EDS）mapping，直观地观察到内部含有Sn球的结构。这种分析方法为材料的微观结构研究提供了新的视角。

CdS微米线节点处的剖面形貌和成分分布

TEM样品制备

透射电子显微镜（TEM）是材料研究中常用的高分辨率成像工具。FIB-SEM系统在制备TEM样品方面具有独特优势。为了方便大家对材料进行深入的失效分析及研究，Dual Beam FIB-SEM业务，包括透射电镜( TEM)样品制备，材料微观截面截取与观察、样品微观刻蚀与沉积以及材料三维成像及分析等。

通过一系列精确的微纳加工步骤，包括沉积保护层、挖坑、U-cut处理、使用纳米机械手转移样品等，FIB-SEM能够制备出厚度均匀、损伤层较少的TEM样品。例如，在MoS2场效应管的研究中，FIB-SEM技术能够精确地制备截面透射样品，从而在TEM下观察到MoS2的层数和Ag纳米线与MoS2之间的间距。

FIB-SEM制备TEM样品的常规步骤

FIB - SEM 系统在微纳加工领域展现出卓越的性能，利用这一技术为客户提供高精度的微纳结构加工服务。FIB-SEM系统能够在各种材料上制备出精确的微纳图形，如光栅、切仑科夫辐射源针尖、三维对称结构等。这些加工出的微纳结构在光学、电子学和材料科学等领域有着广泛的应用。例如，通过FIB-SEM在Au/SiO2上制备的光栅，其周期和开口尺寸均达到了纳米级别，展示了FIB-SEM在微纳加工方面的高精度和高分辨率。

FIB-SEM加工的微纳图形

切片式三维重构

FIB-SEM系统能够实现材料的切片式形貌与成分三维重构，揭示材料内部的三维结构。通过切下一定厚度的试样，进行SEM拍照，反复进行这一步骤，拍摄数百张图片，再对这些切片图片进行三维形貌重建。例如，对多孔材料进行三维重构，可以清晰地显示内部孔隙的三维空间分布情况，并计算孔隙的半径尺寸、体积和曲率。这种三维重构技术为材料的内部结构研究提供了新的维度。

多孔材料的重构结构图

FIB-SEM系统配备的纳米机械手和离子束沉积技术，使得微米级别的材料转移成为可能。通过精确的定位和固定，可以将材料从一个衬底转移到另一个指定位置。例如，将氧化锌微米线从硅片上转移到两电极沟道间，从而制得专用器件。这种材料转移技术在微电子器件的制备和研究中具有重要意义。

四针氧化锌微米线的转移

FIB-SEM双束系统以其独特的微纳加工和成像能力，在材料研究领域展现出了巨大的潜力和价值。从定点剖面形貌与成分分析、TEM样品制备、微纳加工、切片式三维重构到材料转移，FIB-SEM技术的应用范围广泛，为材料科学家提供了强大的工具。金鉴实验室将继续紧跟技术发展趋势，不断提升自身技术水平和服务能力。