FIB-SEM小知识—气体注入系统（GIS）

        FIB-SEM双束电镜不仅仅是将聚焦离子束与扫描电镜集成于一体，更重要的是通过集成其他辅助系统使FIB-SEM的加工及分析功能更加丰富。下图是TESCAN LYRA3 FIB-SEM样品室内部的照片，可以看到不同的部件的安装情况。其中气体注入系统GIS是FIB-SEM的基本配置之一，GIS在FIB-SEM中起着非常重要的作用。

FIB-SEM中的GIS有两种功能：一种是材料沉积功能，一种是辅助刻蚀功能。材料沉积就是离子束或电子束使吸附在样品表层的气体分子分解成易挥发部分和不易挥发部分。易挥发部分被真空系统抽走，不易挥发部分则沉积在离子束或电子束照射的位置形成薄膜沉积。常用的薄膜沉积辅助气体是C₉H₁₆Pt用于沉积Pt薄膜，使用TEOS气体沉积SiO₂薄膜；其他常用的沉积膜还有W和C膜。薄膜的沉积过程是比较复杂的，首先是形核，然后通过长大并相连形成连续的膜。由于注入的气体都是含有特定沉积元素的有机气体分子，薄膜的生长速度和元素组成都跟离子束或电子束的束流大小有关。例如沉积Pt过程中，离子束的束流越大，Pt薄膜中的C元素就越少，Pt含量就越大，薄膜的导电性越好，同时薄膜中都不可避免的掺杂Ga元素。一般来说，离子束束流越大，薄膜的沉积速度越快，薄膜的形状越难控制。因此，FIB-SEM在样品表面沉积薄膜时通常使用较小的Ga离子束流，如50-200pA。或者使用电子束进行薄膜的沉积，电子束沉积薄膜的速度要比离子束慢，但是薄膜的质量更好。

气体注入系统，同时可装载五种不同的气体

GIS还能够增强离子束的刻蚀速度，例如XeF₂能够增强Si, SiO₂和W的刻蚀速度达5– 100倍；而H₂O能够增强PMMA和金刚石的刻蚀速度达10-20倍，但是会显著降低Al, Si和SiO₂的刻蚀速度。因此使用这些气体或这些气体的混合可以加速刻蚀或进行选择性的刻蚀。下图是使用H₂O辅助的芯片的Delayering。

XeF₂气体会显著提高Si的刻蚀速度，同时也会改善抛光表面的质量；如下图未使用XeF₂时切割后的截面流水效应（Curtaining）比较明显，但是如果使用XeF₂辅助刻蚀，切割后表面就比较平整。

FIB-SEM常用的气体如下表所示：