双束扫描电子显微镜设备简介

设备应用场景

1. 电池方面

双束扫描电子显微镜（FIB-SEM）在电池研发中提供关键支持，具体应用包括：

·       材料表征与分析：通过透射电子显微镜（TEM）、图像分析及光谱工具，对电池材料、组件及其性能进行微观结构表征（图1）。

·       研发优化：在研发各阶段发现改进点，提升电池效率与安全性，减少缺陷并降低研发成本（图2）。

·       样品制备与观察：透射样品制备及能谱位置确认（图1），实时观察晶粒生长方向（图2）。

2. 芯片半导体方面

FIB-SEM在半导体领域主要用于失效分析与电路修正：

·       芯片失效分析：通过离子束刻蚀功能对失效区域进行逐层刨析，定位失效原因。

·       集成电路（IC）设计与优化：利用FIB的溅射和沉积功能，直接断开或连接电路连线，实现芯片设计的在线修正，缩短研发周期。

·       微纳加工：支持微柱制备、压断测试等精密加工。

·       典型应用案例：

o       IC线路层金（Au）层厚度的TEM制样（图3）；

o       晶圆层击穿与分层区域的失效分析（图4）；

o       集成电路线路的修改与优化（图5）；

o       微纳区域加工测试（图6）。

3. 金属方面

FIB-SEM在金属材料研究中的三大核心应用：

1.       图层分析：评估金属涂层的厚度均匀性、裂纹、缺损及腐蚀情况。

2.       衬底分析：研究晶粒扩展、晶界分布及晶粒取向。

3.       界面分析：分析金属间化合物相、扩散行为、偏聚现象及外延生长。

·       典型实验：

o       基底钛上溅射铜与沉铜的结合性能验证（图7）；

o       晶粒尺寸、取向及孪晶结构验证（图8）；

o       铜在加热条件下的相扩散与键合行为研究（图9）。

4. 金属失效方面

针对金属使用中的失效问题，FIB-SEM通过逐层刻蚀技术揭示失效区域的内部结构变化，例如晶粒形貌演变，为失效机制分析提供依据。

5. EBSD背散射电子衍射仪

作为扫描电镜（SEM）的关键附件，EBSD提供以下分析功能：

·       显微组织分析：包括碳化物规格、均匀性、孪晶体积分数、再结晶碳化物、晶界特征及物相分布等。

·       取向分析：涵盖晶粒取向、晶界类型、织构分析、相邻孪晶取向差异等，为材料微观结构研究提供全面数据支持。

6.总结

双束扫描电子显微镜（FIB-SEM）及其附件（如EBSD）是材料科学与工程领域的核心工具，具备高分辨率成像、精准加工和多维分析能力。其在电池、半导体、金属等领域的应用，不仅推动了材料微观机理的研究，更显著提升了工业研发效率与产品可靠性，是现代高端制造与科研不可或缺的技术支撑。