一、 离子减薄技术

原理：离子减薄技术就是用Ar离子枪在高真空设备腔体内发出具有一定能量的聚焦Ar离子束（能量可调）持续撞击试样表面特定部位，从而达到研磨减薄试样的目的。离子枪的位置相对固定（离子枪的角度--Ar离子束的入射角Theta是可调节的），样品夹持台具有同心旋转功能（转速可调），以实现样品上较大范围的减薄。

应用：主要用于制备透射电子显微镜的薄膜样品；可用于金属、非金属、半导体、陶瓷、岩石等固体材料的显微镜透射样品制备。

材料试样的制备：块状样制备

块状样切成约0.3 mm厚的均匀薄片；

均匀薄片用石蜡粘贴于超声波切割机样品座上的载玻片上；

用超声波切割机冲成Ф3 mm 的圆片；

用金刚砂纸机械研磨到约100 μm厚；

利用磨坑仪将圆片的中心部分磨成凹坑，凹坑的深度为50~70μm左右，凹坑的主要目的在于缩短后序离子减薄的工艺时间，从而提高最终的减薄效率；

将洁净的、已凹坑的Ф3 mm 圆片小心放入离子减薄仪中，根据试样材料的特性，选择合适的离子减薄参数进行减薄；通常，一般陶瓷样品离子减薄时间需2~3天；整个过程约5天。

二、电解双喷制样

适用样品：双喷减薄适用制备金属与部分合金样品。

不易于腐蚀的裂纹端试样

非粉末冶金试样

组织中各相电解性能相差不大的材料

不易于脆断、不能清洗的试样

离子减薄适用制备

不导电的陶瓷样品

要求质量高的金属样品

不宜双喷电解的金属与合金样品

特点

电解双喷优点：效率高、上手快、甚至没有什么经验的人都有可能吐出不错的样本。缺点：可能对样品有污染。

离子减薄优点：污染小，尤其适用于薄膜，双相合金，陶瓷等材料。缺点：效率不高，减样需很多经验。

三、聚焦离子束制样（FIB）

聚焦离子束技术（Focused Ion beam,FIB）是利用电透镜将离子束聚焦成极小尺寸的离子束轰击材料表面，实现材料的剥离、沉积、注入、切割和改性。在纳米科技蓬勃发展的今天，纳米尺度制造业得到了飞速发展，其中纳米加工是纳米制造业中最核心的组成部分，纳米加工中最具代表性的手段是聚焦离子束。近年来发展起来的聚焦离子束技术（FIB）利用高强度聚焦离子束对材料进行纳米加工，配合扫描电镜（SEM）等高倍数电子显微镜实时观察，成为了纳米级分析、制造的主要方法。目前已广泛应用于半导体集成电路修改、离子注入、切割和故障分析等。

1、离子源

在聚焦离子束（FIB）系统中，离子源扮演着至关重要的角色。而液态金属离子源以其高亮度、微小的源尺寸和其他优势，成为绝大多数FIB系统中的首选离子源。这种离子源是通过液态金属在强电场中产生场致发射来形成的。

液态金属离子源的基本构造，如图1所示，在制造过程中，将一根直径约0.5毫米的钨丝经过电化学腐蚀，使其尖端直径缩小至5到10微米，形成钨针。随后，将熔融的金属附着在钨针尖端，在强电场的作用下，液态金属会形成一个微小的尖端形状（泰勒锥）。这个尖端的电场强度极高，可达到10^10伏特/米。在这样强烈的电场作用下，金属表面的液态离子通过场蒸发的方式从表面逸出，形成了离子束。

由于液态金属离子源的发射面积非常小，即使只有几微安的离子电流，其电流密度也可以达到10^6安培/平方厘米，亮度约为20微安/立体弧度。这些特性使得液态金属离子源在FIB系统中具有极高的效率和性能。

2、聚焦离子束系统

聚焦离子束（FIB）技术通过静电透镜将离子束聚焦至极小尺寸，用于执行显微切割等精密操作。商业化的FIB系统通常使用液态金属离子源作为粒子束的来源。镓（Gallium, Ga）因其熔点低、蒸汽压低以及良好的抗氧化性，成为液态金属离子源中使用最广泛的金属材料。

在离子源的顶端，外加的电场（称为抑制器，Suppressor）作用于液态金属离子源，促使液态金属或合金形成微小的尖端。随后，负电场（称为提取器，Extractor）牵引尖端的金属或合金，形成离子束。这些离子束通过静电透镜进行聚焦，并经过一系列可调节孔径的装置（自动可变孔径，AVA）来确定离子束的直径大小。之后，使用质量分析器筛选出所需的特定离子种类。

最终，通过八极偏转装置和物镜，将离子束精确聚焦在样品上，并进行扫描。离子束与样品相互作用时，会产生二次电子和离子，这些被收集起来用于成像或通过物理碰撞实现切割和研磨等工艺。

3、聚焦离子束技术（FIB）可解决的问题

在集成电路（IC）的生产过程中，如果检测到特定微区电路蚀刻存在错误，可以利用聚焦离子束（FIB）技术进行修复。FIB能够精确地切割并断开错误的电路部分，随后通过在特定区域喷射金属（如金）来重新连接电路至正确的路径，实现电路的修改。这种技术可以达到极高的精度，最高可达5纳米。

对于产品表面的微小异物、腐蚀或氧化等微纳米级别的缺陷，需要对这些缺陷与基材之间的界面进行详细的观察。FIB技术可以精确地定位并切割这些缺陷区域，在缺陷处制备截面样品，然后通过扫描电子显微镜（SEM）进行界面的观测分析。