Introduction to Focused Ion Beams pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Giannuzzi, Lucille A. (EDT)/ Stevie, F. A. (EDT)

出品人:

页数:378

译者:

出版时间:2004-11

价格:$ 157.07

装帧:HRD

isbn号码:9780387231167

丛书系列:

图书标签:

• 材料学
• Focused Ion Beam
• FIB
• Materials Science
• Nanotechnology
• Surface Analysis
• Microscopy
• Ion Beam
• Thin Film
• Semiconductor
• Etching

聚焦离子束技术导论：探索材料表面与深层结构的无损分析与精密加工 图书名称：聚焦离子束技术导论 内容简介 本书旨在为物理学、材料科学、工程技术以及相关领域的研究人员、工程师和高年级学生提供一本全面、深入且具有实践指导意义的聚焦离子束（Focused Ion Beam, FIB）技术入门与进阶教材。聚焦离子束技术作为一种强大的微纳加工与表征工具，在现代半导体器件分析、纳米结构制造、材料失效分析以及生命科学等前沿领域扮演着不可或缺的角色。本书的核心目标在于构建读者对FIB基本原理的深刻理解，并系统阐述其在复杂实验环境中的应用策略与数据解释方法。 本书内容结构严谨，从基础的物理学概念出发，逐步深入到FIB系统的精密操作与高级应用。我们不侧重于对已有的FIB设备型号进行流水账式的介绍，而是将重点放在原理的普适性和技术背后的物理机制上。 第一部分：聚焦离子束的基本原理与系统构成 本部分为技术奠基，详细阐述了离子源、离子光学系统以及真空环境对FIB性能的决定性影响。 第一章：离子源的物理基础 本章深入探讨了FIB系统的“心脏”——离子源。我们将详细对比不同类型的离子源，包括液态金属离子源（LMIS）和气体源（如氩离子源），重点剖析离子发射的物理机制，例如场蒸发（Field Evaporation）和热辅助场蒸发。尤其关注镓（Ga）作为经典离子源的应用优势与局限性，以及如何通过优化操作参数（如提取电压、栅栏电压）来控制束流的稳定性和能量分布。同时，会介绍新型源技术，如多元素离子源和高亮度源的发展方向，以及它们如何影响束流的焦点尺寸和分析深度。 第二章：离子光学系统与束流控制 聚焦离子束的实现依赖于精密设计的离子光学系统。本章将剖析离子透镜（如静电透镜、电磁透镜）的工作原理及其对离子束的汇聚能力。我们将用矢量分析的方法解释阿贝像差（Spherical Aberration）和色差（Chromatic Aberration）如何限制最小焦点尺寸，并介绍如何利用多级聚焦和校正系统来优化束斑质量。此外，束流的调节机制，包括光阑（Aperture）的选择、束流强度（Beam Current）与扫描速率（Scan Rate）之间的权衡，将作为实际操作的关键点进行阐述。 第三章：高真空环境与离子-物质相互作用 FIB的有效操作必须依赖于高真空或超高真空环境。本章解释了维持低背景气体压力的重要性，以及残余气体分子（尤其是水蒸气和碳氢化合物）与高能离子束相互作用所产生的二次效应，例如非目标区域的污染。核心内容集中在离子束与材料的相互作用物理学：重点分析入射离子在固体中产生的能量沉积、级联碰撞、空位与间隙的生成机制，以及如何利用这些相互作用来实现溅射（Sputtering）和注入（Implantation）。能量损失函数和斯波克模型（Straggling）的理论基础将被清晰地介绍。 第二部分：聚焦离子束的应用技术：表征与加工 本部分是本书的核心应用篇章，详细介绍如何利用FIB实现高精度的材料去除和原位分析。 第四章：FIB在材料去除与微加工中的应用 本章聚焦于FIB作为纳米级加工工具的实践。我们将详细讨论精确材料去除的动力学：如何通过控制离子剂量、剂量率和角度来达到预期的材料去除速率（SRR）。内容将涵盖超薄切片（Cross-Sectional Analysis）技术的精细操作，包括“三步法”或“等离子体辅助去层”等高级策略，确保制备出具有良好表面质量的样品用于后续透射电镜（TEM）观察。此外，还将讨论FIB诱导的沉积（IID）过程，包括使用碳、铂或钨前驱体进行导电路径的修复或纳米结构的原位构建。 第五章：原位失效分析与结构修饰 在半导体和材料失效分析中，FIB提供了一种“外科手术式”的解决方案。本章重点介绍如何利用FIB进行故障定位与锁定：例如，如何选择性地去除覆盖层、暴露内部结构，并利用离子束诱导的二次电子或X射线信号进行初步定位。然后，深入探讨晶体结构修改，如通过精确注入特定元素改变局部电学性能，或在不损伤周围结构的前提下，对微米级结构进行电路修改（Circuit Editing）。 第六章：集成FIB与分析技术 现代FIB系统往往与其它分析仪器集成，以实现“分析驱动的加工”或“加工驱动的分析”。本章详细阐述FIB-SEM（扫描电镜）的联合工作模式，重点讨论溅射过程中产生的二次电子（SE）和背散射电子（BSE）信号的成像特点及其在界面分析中的作用。更重要的是，本章将系统介绍FIB-EDS/WDS（能量/波长色散X射线谱学）在离子溅射剖面分析中的应用，如何通过监测元素信号随深度的变化来绘制材料的化学梯度图谱。此外，还将探讨与拉曼光谱或光致发光（PL）技术结合进行原位光谱分析的可能性。 第三部分：进阶挑战与未来展望 本部分关注FIB技术的局限性、高阶挑战以及新兴应用领域。 第七章：关键操作挑战与误差控制 本章旨在解决实际操作中经常遇到的难题。我们将深入剖析揷入损伤（Implantation Damage）问题，解释高能离子注入对材料晶格和电学性能的不可逆影响，并提出减小损伤的策略，如降低束流、使用较低质量的离子（如He+代替Ga+）或采用后退火处理。同时，讨论颤振效应（Shaking/Blurring）的来源及其对超薄截面质量的负面影响，以及如何通过优化束流稳定性和机械平台精度来补偿。 第八章：非镓离子源与前沿应用 随着技术发展，对更低损伤、更特定元素分析的需求日益增加。本章将介绍非镓离子源，如铂（Pt）、氩（Ar）以及新型类金属离子源在特定分析和加工中的优势。内容将延伸至生物材料和软物质的FIB处理，例如冷冻FIB在冷冻电镜样品制备中的新兴应用，展示FIB技术如何跨越传统材料科学的边界，进入生命科学和纳米医学领域。 全书贯穿丰富的案例研究和图示解析，旨在将复杂的物理模型转化为可操作的实验指南。本书强调的是“如何理解你所做的溅射”和“如何解释你所观察到的截面”，是FIB用户从初学者成长为独立研究者的必备工具书。

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