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。

部门 岗位 岗位说明

工程管理

事务职 班长 管理操作工;提高设备生产效率;工程师与操作工之间沟通及命令下达

Eng'r 操作文件的提高说明;减少和解决生产中的事故与问题;改良产品质量,提高良率

工程管理 Opr Operator 操作检查和分析的机器;提高设备的生产效率;报告生产中的事故和问题

工程技术 DIFF Eng'r 估算生产能力;确立/计算投资成本;产品选择/产品评估/质量提高;提高质量指标及生产效率;减少/防止工程事故/工程问题

工程技术 Etch Eng'r 制造半导体工程中Process Set-up;管理装备;提高工程质量;降低成本;提高生产率

工程技术 Photo Eng'r 生产线监控,提高产能,提高良率,编写Scanner, Track, Overlay,CD-SEM的Job File,提高光刻工艺宽容度,解决工艺问题

Tech 管理光刻reticle和光刻胶,向装备输入程序recipe,解决简单工艺问题

工程技术C&C Eng'r 对产品问题和缺陷进行分析,找到产生缺陷原因,并决定消除缺陷和改善产品质量应该采取的措施,以提高产品良率。

工程技术T/F Eng'r 制作产品说明和规格文档;提高工程质量,最优化工程以提高产量

人事 社规管理/福利厚生 为了有效运营人力资源,制定各项制度及改善,并支援福利

人事评价/职务/晋升 员工的人事评价(业绩,能力评价),实施定期晋升, 职责任命

劳务管理/奖惩/苦衷 劳资情报的收集/维护劳资双方的平衡,监督职的任命, 奖励/惩戒的有效运营,提高员工的工作积极性及强化员工的基本遵守

ER Manager 中方人员的人事管理总负责 (劳务管理,奖励,惩戒,评价,出勤,工资等)

教育/评价管理 负责员工入门、技术、在职培训及其他预言培训,树立每年培训计划及预算及进行等

自动化 Eng'r Eng'r Infra System, 软件应用和AMHS系统的开发与性能分析

自动化 Tech Tech Infra System, 软件应用和AMHS系统的维护

装备技术 DIFF Tech TPM活动;提高设备的工作速度;设备安装及重置;贯彻执行FDC以及自动化生产操作体系

Eng'r 确立/计算投资成本;设备安装及重置;提高设备的工作速度;最大化设备的性能和效率

装备技术 Photo Eng'r 管理并维护装备良好状态,管理Spare Part,PM计划安排,编写PM Sheet及技术规范,联系设备制造商并参加trouble分析会议,排除装备故障

Tech 执行周期性PM,常规装备故障排除,更换Spare Part,记录PM sheet

装备技术C&C 技能职 需要掌握设备组装和拆卸技能,维护设备正常运行,解除设备故障,提高产品良率

Eng'r 及时发现设备故障原因并找到解除故障方法,维护及改造设备提高其性能,提高产品良率

装备技术Etch 技能职 保养及预防活动;新旧设备的安装,设置;装备性能的提升和改善

装备技术T/F Tech 排除故障;提高机器可运作时间

Eng'r 提高工具可运作时间;降低制造成本;维护改造设备以提高其性能

制造 班长 女性,倒班,有半导体工作经验1年以上,最好是前道工艺,如光刻(Photo、黄光)、干湿腐蚀(Etch、蚀刻)、扩散(Diffusion)、注入(IMP)、CVD,PVD(溅射)、CMP等,有班组长经验者优先。负责带班管理区域内操作员工,完成生产任务。

教育担当 女性,有半导体工作经验1年以上,最好是前道工艺,如光刻(Photo、黄光)、干湿腐蚀(Etch、蚀刻)、扩散(Diffusion)、注入(IMP)、CVD,PVD(溅射)、CMP等,有班组长经验者,有多种操作证者优先,有半导体作业教育经验者、懂韩语者优先,能够倒班。负责新进作业员的教育培训和作业员的技能训练的计划、组织和实施。

资材及HOT 资材,正常班,男女不限,熟悉半导体前道生产用小工夹具,能吃苦,懂英语或韩语,负责净化间内生产用工夹具,防尘服等管理;HOT ,女,倒班,跟踪优先批流通并保证进度完成,熟练使用EXCEL软件。

Operator 女性,倒班,能吃苦,懂简单的英语和计算机知识,有半导体工作经验者优先,最好是前道工艺,如光刻(Photo、黄光)、干湿腐蚀(Etch、蚀刻)、扩散(Diffusion)、注入(IMP)、CVD,PVD(溅射)、CMP等。负责操作机器,服从分派,完成生产任务。

Part长/先任班长 Part长:正常班,有5英寸以上半导体前道工艺工作经验5年以上,有生产主管工作经验或同等管理经验。熟练使用英语,和办公软件,负责区域内各班次生产管理,管理Supervisor和shift leader;shift leader :倒班,负责整条生产线的生产平衡和调配管理,管理supervisorSupervisor:,倒班,有半导体工作经验2年以上,最好是前道工艺,如光刻(Photo、黄光)、干湿腐蚀(Etch、蚀刻)、扩散(Diffusion)、注入(IMP)、CVD,PVD(溅射)、CMP等,有班组长经验者优先,负责管理各区域内生产事项,管理班长。

Technician 日常监控、确认,dummy wafer管理,日常小故障的处理

制造企划 事务职 制造企划投资管理

采购 部品采购 设备零件需给及维修

原材料采购 原材管理安定化(交货期管理及请购)

设施采购 辅资材需给及实物管理

总务 福利厚生(食堂) 餐厅管理

接待担当 来访人员的行程管理、及计划管理

接待担当者 来访人员具体接待工作的实施

通信/广播担当者 通信交换机服务器,VOICEMAIL, PAGING STSTEM (软硬件)维护,广播系统,专业英语流利(听说读写),管理通信Maint,通信Operator和广播Maint,会管理及评估通信工程.

通信Maint 通信线路维护、检修及正常运行

通信Ope'r 接线员,内外电话查询、转接等

设施维护 厂房基础设施(地板、照明、水、等)的日常维护及保养

Show-room担当 展厅的管理,及公司介绍

舍监 宿舍管理

设备Eng'r 空调Part 要求工厂空调设备运维经验(冰水主机Chiller,中央空气处理系统,热锅炉,泵,风机等) 优先: 净化间设备运维( 超净间空气处理单元,洗气塔,过程冷却用水,超纯水)

排管/UT Part 工厂排管设备施工(水系统,压缩气体系统,超纯水系统)

电气Part 通过厂内电气设备的运行管理及维护活动 以及新增,补加电气设备施工计划的实施,维持电力供应的稳定性,支援生产活动的圆满成功

设备Tech 空调Part 机械装备的点检及维护.有机械设备的相关知识及经验.

排管/UT Part 热输送网的点检及维护.有配管设备的相关知识及经验.

电气Part 进行电气机器的点检,配电机,电气控制,装备的运行,电气设备的安装,调整,修理 .有电气的知识

财务会计 成本 成本核算、成本分析、熟悉ERP系统

会计总体业务 提供公司各种报表及数据,并定期提出相关分析报告

国税/地税 税务及出口退税流程、纳税申报及其相关的会计核算、和税务相关部门联系

财务 应收/应付/固定资产 相关业务

资材 化学品管理 原材管理安定化 (交货期管理及请购)

SPARE PART 设备零件需给及维修

副材料管理 辅资材需给及实物管理

进出口通关 原材料通关 及时、无障碍得完成料件的清关,确保资财的库存量

设施再通关 Managing the whole progress involved with Local flow of Imported &Exported Goods;1. Clear the imported goods through the customs and CIQ 2. Prearrangement for Import and export

ESH 保健 职员健康检查, 职业病预防.管理, 运营附属医院, 作业环境检测/改善管理, 促进健康活动,

安全消防 气体安全管理, 有害危险器材管理, QUAL/安全改善活动, CMS室/建立急救应急小组, 消防设施.危险品管理, MSDS管理, 消防/安全施工管理/监督,灾害调查/统计分析

ESH企划 ESH 确立战略, ESH 运行经营系统, ESH 教育/公关业务, ESH 投资/预算管理,部门人力企画/管理,法定许可证总括

ESH技术 净 · 废水厂的施工管理/监督,危险物/节约用水,预防环境事故,废弃物的管理,大气污染源管理/改善活动,毒性/土壤/噪音管理,环境范围许可证

IT 程序开发 GW/EMAIL的日常维护管理

OA 运营/PC 保安 PC/Printer/NB等电算设备日常维护及PC保安管理

SAP 开发 SAP二次开发

SAP 运营 SAP维护管理

System 运营 Server维护管理

MI 事务职 班长 监测设备的温度、压力等状况,属于操作工的一种.

MI Eng'r Engineer 检测工艺生产过程的颗粒、缺陷;测量厚度,电阻和应力等; 分析工艺上产生该问题的原因; 采取措施及时弥补并解决问题。

Technician 采取措施来维护装备性能对设备的精确性和可靠性进行维护。

QC Supervisor 1.支持协助质量工程师执行质量程序和政策 2.报告FAB的质量状况 3.鉴别检查的缺陷并在质量报告中做出指示算机操作能力,懂英语或韩语 4.收集缺陷样品并向相关部门报告 5.协助质量经理监管质量操作工 6.要有良好的沟通能力和计

Operator 职责:1.负责产品检验和完成质量纪录 2. 收集和保存质量检测数据 3.维护及控制在线的所有检验文件及纪录

要求:1. 由显微镜操作经验 2. 有产品检验工作经验 3. 有净化室工作经验者尤佳

企划 企划 整体协调公司各部门业务,处理跨部门协作综合事项;制定公司经营计划。

对外关系 与政府机关部门建立并维持良好关系,争取政府机关对公司的各方面协作与支持。

法务 组织各部门合同审查,收集并转交专业意见;公司合同整理归档、保管。

宣传 收集新闻,部门采访,设计并制作公司社刊,对外宣传。


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