2020-02-08-2小刘科研笔记之FIB-SEM双束系统在材料研究中的应用

2020-02-08-2小刘科研笔记之FIB-SEM双束系统在材料研究中的应用,第1张

聚焦离子束扫描电镜双束系统(FIB-SEM)是在SEM的基础上增加了聚焦离子束镜筒的双束系统,同时具备微纳加工和成像的功能,广泛应用于科学研究和半导体芯片研发等多个领域。本文记录一下FIB-SEM在材料研究中的应用。

以目前实验室配有的FIB-SEM的型号是蔡司的Crossbeam 540为例进行如下分析,离子束最高成像分辨率为3nm,电子束最高分辨率为0.9nm。该系统的主要部件及功能如下:

1.离子束: 溅射(切割、抛光、刻蚀);刻蚀最小线宽10nm,切片最薄3nm。 

2.电子束 : 成像和实时观察

3.GIS(气体注入系统): 沉积和辅助刻蚀;五种气体:Pt、W、SiO2、Au、XeF2(增强刻蚀SiO2)

4.纳米机械手:  转移样品 

5.EDS: 成分定量和分布

6.EBSD : 微区晶向及晶粒分布

7.Loadlock(样品预抽室): 快速进样,进样时间只需~1min

由上述FIB-SEM的一个部件或多个部件联合使用,可以实现在材料研究中的多种应用,具体应用实例如下:

图2a和b分别是梳子形状的CdS微米线的光学显微镜和扫描电镜照片,从光学显微镜照片可以看出在CdS微米线节点处内部含有其他物质,但无法确定是什么材料和内部形貌。利用FIB-SEM在节点处定点切割截面,然后对截面成像和做EDS mapping,如图2c、d、e和f所示,可以很直观的得到在CdS微米线的节点处内部含有Sn球。

FIB-SEM制备TEM样品的常规步骤如图3所示,主要有以下几步:

1)在样品感兴趣位置沉积pt保护层

2)在感兴趣区域的两侧挖大坑,得到只有约1微米厚的薄片

3)对薄片进行U-cut,将薄片底部和一侧完全切断

4)缓慢移下纳米机械手,轻轻接触薄片悬空的一端后,沉积pt将薄片和纳米机械手焊接牢固,然后切断薄片另一侧,缓慢升起纳米机械手即可提出薄片

5)移动样品台和纳米机械手,使薄片与铜网(放置TEM样品用)轻轻接触,然后沉积pt将薄片和铜网焊接牢固,将薄片和纳米机械手连接的一端切断,移开纳米机械手,转移完成

6)最后一步为减薄和清洗,先用大加速电压离子束将薄片减薄至150nm左右,再利用低电压离子束将其减薄至最终厚度(普通TEM样品<100nm,高分辨TEM样品50nm左右,球差TEM样品<50nm)

一种如图4a所示的MoS2场效应管,需要确定实际器件中MoS2的层数及栅极(Ag纳米线)和MoS2之间的距离。利用FIB-SEM可以准确的在MoS2场效应管的沟道位置,垂直于Ag纳米线方向,提出一个薄片,并对其进行减薄,制备成截面透射样。在TEM下即可得到MoS2的层数为14层(图4c), Ag纳米线和MoS2之间的距离为30nm(图4b)。

图5是一种锰酸锂材料的STEM像,该样品是由FIB-SEM制备,图中可以看到清晰的原子像。这表明FIB-SEM制备的该球差透射样非常薄并且有很少的损伤层。

FIB-SEM还可以进行微纳图形的加工。

图6a 是FIB-SEM在Au/SiO2上制备的光栅,光栅周期为150nm,光栅开口为75nm。

图6b 是利用FIB-SEM在Mo/石英上做的切仑科夫辐射源针尖,针尖曲率半径为17nm。

图6c 是在Au膜上加工的三维对称结构蜘蛛网。

图6d 是FIB-SEM在硅上刻蚀的贺新年图案,图中最小细节尺寸仅有25nm。

FIB-SEM可以对材料进行切片式的形貌和成分三维重构,揭示材料的内部三维结构。大概过程如图7a所示, FIB切掉一定厚度的样品,SEM拍一张照片,重复此过程,连续拍上百张照片,然后将上百张切片照片重构出三维形貌。图7b是一种多孔材料内部3×5×2um范围的三维重构结果,其实验数据是利用FIB-SEM采集,三维重构是利用Avizo软件得到,其分辩率可达纳米级,展示了内部孔隙的三维空间分布,并可以计算出孔隙的半径大小、体积及曲率等参数。

利用FIB-SEM配有的纳米机械手及配合使用离子束沉积Pt,可以实现微米材料的转移,即把某种材料从一个位置(衬底)转移到特定位置(衬底),并固定牢固。图8是把四针氧化锌微米线从硅片转移到两电极的沟道之间,从而制备成两个微米线间距只有1um的特殊器件。

最后,FIB-SEM还有很多其他的应用,例如三维原子探针样品制备,芯片线路修改等。总之FIB-SEM是材料研究中一个非常重要的手段。

不积珪步,无以至千里;不积细流,无以成江海。做好每一份工作,都需要坚持不懈的学习。

T352光器件封装-光器件封装工艺之--lot、wafer、bar条、die、chip的区别

光通信女人

光通信女人

光通信女人

这是个挺有意思的话题,器件封装厂家介绍,“我们有Bar条解理和测试”时,内心常常充满了自豪,也经常会迎来参观访问者们一句“哦”。

今天国华聊几个名词,比如激光器lot、wafer、bar、die、chip都是指哪一种形态? 顺便聊下为什么激光器特有Bar条这个词。

半导体光芯片或者电芯片,最早都是一盘子做出来,在一个wafer上,或者叫晶元、晶圆。

无论是光模块里的激光器芯片、探测器芯片、驱动器电芯片,都是一盘一盘的做出来的。中间工艺有不同,设备不同,材料不同....

但都是一个圆盘子,早期小文【 [图文1]T218 半导体芯片制造流程与设备】,点击就可以链接。

国华之前小文说一盘子制作完成之后,整体用探针卡测试,把不良品标注(绿

光通信行业有个特殊的中间品,叫Bar条,这是什么神奇的东西呢。

比如,探测器芯片,可以直接给光一测有木有转成电,或者VCSEL是面发射,一盘子每个激光器加电,一测上面有没有光什么波长的光....。

FP、DFB是侧面发光,一盘子码的整齐的,侧面有没有光咱也看不到啊。咋办。

给它一条一条分开,侧面镀上膜做做端面处理,然后测试,好的坏的就可以区分。这个过程叫解理。

解理这个词是用在矿物质晶体上的,咱们光学的基本材料也是晶体啊,像掰巧克力一样,顺着纹理稍稍用力,就解开成一条条的。

“那直接掰成一块块的测试呗”

也不是不可以,羊毛出在羊身上,你让咱供应商一把把薅羊毛可以,一根一根薅羊毛也可以,用多少人费多少时间的问题呗。

能一盘盘测试,就不愿多费人力设备一条条测,能一条一条的测就不愿意一颗一颗的测。谁家的钱也不是大风刮来的。

Bar测好,再整成小芯片,这个小芯片,一颗颗的,有叫“晶粒”、有叫“chip”,也有叫“芯片或光芯片”,还有叫“管芯”...

为甚么有个管字,其实国华也没有找到确切出处, 或者可能是激光器也好,探测器也好,本质是个PN结,也就是二极管的“管”。

管它呢继续聊,做成一颗颗芯片就可以去封装成光器件了。

哦,对,咱们还有一个词,叫lot,其实一炉子(MOCVD)不只出一盘wafer,一般几盘放一起做,叫一个批次,材料的配比相同,工艺流程相同。

这同一批次叫一个lot,有些属性是通的,

做为一个自豪的底层劳动人民,劳动人民的自豪也是分层次的,自豪程度也是略有不同。

比如,越精细的越自豪:

有材料生长能力>晶圆能力>bar条测试能力>TO封装能力>OSA组装能力>光模块设计能力

越上游越自豪(甲方掏腰包的角色):

运营商>设备制造商>模块制造商>光器件制造商>芯片提供商>辅材配料商

资源越稀缺越自豪:

光芯片制造能力>电芯片制造能力>封装能力>芯片使用者

在国华的看法里,一个产业良性共同发展才是大道之理,共同把一个蛋糕做精美,无论做蛋糕的师傅、卖蛋糕的店员、买蛋糕的美女都会开心、掏腰包的大哥略忧伤。

一个良性产业各自做各自专业的事,多赢,成就的是一个大环境大氛围。

君不见相机产业链的翘楚‘柯达’不是败给竞争对手,而是败给另一个产业,手机业的崛起,使得每一个手机都成为了相机。

在同一个产业内,竞争是避免不了的,如果站在对手的角度审视自己、发现问题解决问题也是提升自身的一种途径,有序的竞争与协作是个好事情。

我家大哥在家总想欺负欺负我,树立一种权威,他多歇着我多干活,他管攒钱我管挣钱。家庭话语权这是红果果的竞争啊,可是谁敢揍一下国华,我家大哥能跟他玩儿命,这也是红果果的协作。

国华今天班了个门弄了个斧,见谅见谅。


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