聚焦離子束（FIB）微納加工工作站

      聚焦離子束(Focused Ion beam, FIB)的系統(tǒng)是利用電透鏡將離子束聚焦成非常小尺寸的顯微切割儀器。目前商用系統(tǒng)的離子束為液相金屬離子源，金屬材質(zhì)為鎵(Ga)，因為鎵元素具有低熔點、低蒸氣壓及良好的抗氧化力；典型的離子束顯微鏡包括液相金屬離子源、電透鏡、掃描電極、二次粒子偵測器、5 - 6軸向移動的試片基座、真空系統(tǒng)、抗振動和磁場的裝置、電子控制面板和計算機等硬設(shè)備，外加電場(Suppressor)于液相金屬離子源可使液態(tài)鎵形成細(xì)小，再加上負(fù)電場(Extractor) 牽引的鎵，而導(dǎo)出鎵離子束，以電透鏡聚焦，經(jīng)過一連串變化孔徑可決定離子束的大小，再經(jīng)過二次聚焦至試片表面，利用物理碰撞來達(dá)到切割之目的。 將掃描電子顯微鏡與FIB集成為一個系統(tǒng)，可充分發(fā)揮各自的優(yōu)點，加工過程中可利用電子束實時監(jiān)控樣品加工進(jìn)度可更好的控制加工精度。

原位電性能測試

微操縱儀(德國Kleindiek Nanotechnik MM3A，國內(nèi)代理上海溪拓科學(xué)儀器有限公司)具有納米級的步進(jìn)精度，X軸和Y軸的轉(zhuǎn)動量為120度，于水平進(jìn)退（X軸）、水平轉(zhuǎn)動（Y軸）以及垂直轉(zhuǎn)動（Z軸）方向，的位移精度分別為2、2.5、0.2nm。MM3A微操縱儀由壓電馬達(dá)、針尖組件、控制單元和外圍支架組成。壓電馬達(dá)由定子和滑塊組成。壓電馬達(dá)由伸長量為1um的壓電陶瓷實現(xiàn)高精度位移，馬達(dá)驅(qū)動電壓為-80v~+80v，驅(qū)動模式分為精調(diào)模式和粗調(diào)模式各三檔，采用一個12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，將X、Y和Z方向的步進(jìn)分成4096步，從而實現(xiàn)納米級的位移。本系統(tǒng)多可獨立加載三路電壓。

芯片電路修改

在各類應(yīng)用中，以線路修補和布局驗證這一類的工作具有大經(jīng)濟效益，局部的線路修改可省略重作光罩和初次試作的研發(fā)成本,這樣的運作模式對縮短研發(fā)到量產(chǎn)的時程有效，同時節(jié)省大量研發(fā)費用。封裝后的芯片，經(jīng)測試需將兩條線路連接進(jìn)行功能測試，此時可利用聚焦離子束系統(tǒng)將器件上層的鈍化層打開，露出需要連接的兩個金屬導(dǎo)線，利用離子束沉積Pt材料，從而將兩條導(dǎo)線連接在一起，由此可大大縮短芯片的開發(fā)時間。

樣品原位加工

可以想象，聚焦離子束就像一把只有數(shù)十納米的手術(shù)刀。離子束在靶材表面產(chǎn)生的二次電子成像具有納米級別的顯微分辨能力，所以聚焦離子束系統(tǒng)相當(dāng)于一個可以在高倍顯微鏡下操作的微加工臺，它可以用來在任何一個部位濺射剝離或沉積材料。圖1是使用聚焦離子束系統(tǒng)篆刻的數(shù)字；圖2則是在一個納米帶上加工的陣列孔；圖3是為本課題組加工的橫向存儲器單元陣列。