镓离子源FIB工艺参数的设计文献综述

1. 选题背景和意义：

选题背景：

聚焦离子束（Focused Ion Beam，简称FIB）是微纳米领域的一种新型加工与分析技术，是一个可以实现微纳米精度加工和微小区域材料原子分析功能的新型微纳米技术。通过运用FIB技术可以实现对样品的三维样貌观测，也可以通过局部的精确定位实现对样品微区的分析、刻蚀和性能改善等。FIB本质上是特定离子经过电磁场聚焦后形成细束，辐照在衬底材料上。20世纪70年代Clampitt等开发了液态金属离子源（LIMS），之后LIMS得到进一步开发，促进了FIB技术的快速发展和实用化。目前市场上出现了SEM-FIB双束系统、FIB多束系统和全真空FIB联机系统等，标志着FIB系统已经得到了广泛的开发与应用。FIB 技术功能丰富，加工灵活，在微纳米结构制备、材料分析等领域展现出巨大优势，近年来已被广泛应用于 IC 芯片电路修改、透射电镜（TEM）样片制备、三维重构与材料鉴定分析、纳米结构力学性能测试等。

意义：

（1）优化工艺参数。目前人们已经可以运用更加精准的势函数来计算粒子间的相互作用，计算机的运行速度也可允许仿真模型中同时考虑大量的变量因素。因此，建议一个有效的仿真模型可以在给FIB加工技术提供理论指导和工艺参数优化建议。

（2）节约成本。FIB加工实验必然伴随着衬底材料的辐照损伤，损伤范围一般通过TEM样品进行观测，观测周期长，需要样品多，如果仅依靠实验去分析各种工艺参数组合的影响，实验成本高。通过建立精准的模拟模型，可以精准地估计损伤分布，省去大量实验，节约成本。

（3）深化理解FIB作用机理。从原子尺度上去分析模拟FIB加工过程中的离子注入过程和离子溅射刻蚀过程，更容易深化理解其作用机理，对后续的优化改进提供了可能。

1. 文献综述（或调研报告）：

FIB本质上是带电离子经过电磁场聚焦后形成束流，最典型的聚焦离子束系统为两级透镜系统，离子源中的离子经过抽取后经加速电压加速射出，达到所需的能量，然后依次通过一级透镜、初级偏转器、次级偏转器、二级透镜后，形成一道细小的离子束，注入到工作台上的样品衬底中。

当离子束入射到样品表面后，离子会与衬底材料的原子和电子发生相互作用，发生一系列的物理和化学变化，达到一定的功能。目前FIB的主要功能就是基于这些变化所衍生出来的多种功能：离子注入、离子溅射刻蚀、离子束辅助沉积和显微镜成像等。

（1）离子束注入。当注入的离子经过多次级联碰撞之后，损失自身动能，最终停留在衬底材料内部的现象即离子注入。特定离子在不同工艺参数下，可以达到材料的不同特定微区，从而打破了材料原有的组成结构和性质，改善材料性能。FIB注入被大量运用于半导体集成电路的生产工艺中，通过FIB注入使其变成电子型或空穴型半导体，改变材料的导电性能；同时通过注入离子技术可以改善半导体材料的表面性质，改善其切削性能，实现改善微纳米加工技术的改良。

（2）离子束溅射刻蚀。离子入射过程中，与衬底材料表面原子发生碰撞，传递部分能量，但这些原子获得的能量足以使其摆脱材料表面的束缚时，该原子就会脱离材料表面飞出，成为溅射离子。运用该技术可以实现对衬底材料的刻蚀与加工。