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?yàn)殒壴鼐哂械腿埸c(diǎn)、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(cè)器、5 - 6軸向移動(dòng)的試片基座、真空系統(tǒng)、抗振動(dòng)和磁場(chǎng)的裝置、電子控制面板和計(jì)算機(jī)等硬設(shè)備，外加電場(chǎng)(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(chǎng)(Extractor) 牽引的鎵，而導(dǎo)出鎵離子束，以電透鏡聚焦，經(jīng)過(guò)一連串變化孔徑可決定離子束的大小，再經(jīng)過(guò)二次聚焦至試片表面，利用物理碰撞來(lái)達(dá)到切割之目的。 將掃描電子顯微鏡與FIB集成為一個(gè)系統(tǒng)，可充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，加工過(guò)程中可利用電子束實(shí)時(shí)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(cè)試

微操縱儀(德國(guó)Kleindiek Nanotechnik MM3A，國(guó)內(nèi)代理上海溪拓科學(xué)儀器有限公司)具有納米級(jí)的步進(jìn)精度，X軸和Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)量為120度，于水平進(jìn)退（X軸）、水平轉(zhuǎn)動(dòng)（Y軸）以及垂直轉(zhuǎn)動(dòng)（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(zhǎng)量為1um的壓電陶瓷實(shí)現(xiàn)高精度位移，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電壓為-80v~+80v，驅(qū)動(dòng)模式分為精調(diào)模式和粗調(diào)模式各三檔，采用一個(gè)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(shí)現(xiàn)納米級(jí)的位移。本系統(tǒng)多可獨(dú)立加載三路電壓。

芯片電路修改

在各類(lèi)應(yīng)用中，以線(xiàn)路修補(bǔ)和布局驗(yàn)證這一類(lèi)的工作具有大經(jīng)濟(jì)效益，局部的線(xiàn)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(yùn)作模式對(duì)縮短研發(fā)到量產(chǎn)的時(shí)程有效，同時(shí)節(jié)省大量研發(fā)費(fèi)用。封裝后的芯片，經(jīng)測(cè)試需將兩條線(xiàn)路連接進(jìn)行功能測(cè)試，此時(shí)可利用聚焦離子束系統(tǒng)將器件上層的鈍化層打開(kāi)，露出需要連接的兩個(gè)金屬導(dǎo)線(xiàn)，利用離子束沉積Pt材料，從而將兩條導(dǎo)線(xiàn)連接在一起，由此可大大縮短芯片的開(kāi)發(fā)時(shí)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(jí)別的顯微分辨能力，所以聚焦離子束系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)可以在高倍顯微鏡下操作的微加工臺(tái)，它可以用來(lái)在任何一個(gè)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(gè)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(chǔ)器單元陣列。