聚焦 Ion 光束

FIB 系统使用一束离子来铣削、沉积和成像微和纳米级样品。光束形成于高真空环境中，其中选择性电位用于电离和从液态金属电源 （LMIS） 中提取镉。在传统的光学显微镜中，这种光束可以通过类似于光的电磁透镜定向和聚焦。然后，光束栅格覆盖样品上的一个区域。对于不同类型的光源，电子束可用于无损成像和表征，而无需溅射样品表面，就像扫描电子显微镜 （SEM） 一样。SEM 和 FIB 的结合为非常创新的力束铣削和表征铺平了道路。此外，通过结合电子和电束操作来执行断层扫描（即用电束铣削切片、带电子束的图像和重复），可以获得三维信息。通常，导电样品是FIB和SEM的理想选择，因为它们不收集电荷，从而影响成像、铣削和沉积的途径。然而，非导电样品（如大多数聚合物和生物样品）可以使用电荷校正、导电涂层、可变压力设置和低能量光束设置进行探测。了解 ion 光束-固体相互作用的基础知识可以提高使用 FIB 系统实现最佳结果的能力。离子束-固体相互作用的力学包括以下事件:聚焦光束的主要离子轰击表面、溅射材料、喷射次级电子和植入自身。

由于目标的物理溅射，铣削发生。为了理解溅射过程，必须探索气梁和目标之间的相互作用。溅射是一系列弹性碰撞的结果，其中动量从入射离子转移到称为级联区域区域内的目标原子。此过程类似于当球击中目标球时发生的情况。如果目标表面的原子接收的动能超过其表面结合能 （SBE），则其表面的原子可能会溅射。表面结合能量是从体积晶格中去除表面原子所需的能量。这些弹出的原子的一部分可能被离子化。由于子爆炸，也可能发生无弹性相互作用。这些相互作用产生声子、金属中的质子和次生电子（SE）。标准FIB使用二次电子来生成图像。沉积还可以通过在材料表面部署少量前体气体分子，并使用冲击离子促进将材料沉积到表面的化学反应来实现。然而，在这项研究中，铣削和成像是唯一涵盖的机制。

该实验演示了如何使用电子显微镜和聚焦电束使研究人员能够操纵和制造微尺度结构。聚焦的孔束材料相互作用的分子特性为FIB提供了在微尺度和纳米尺度上操纵材料的独特能力。通过仔细考虑光束如何与材料相互作用，减少充电伪影，并设置系统以获得最佳铣削质量，研究人员可以产生生物和非生物材料的独特模式，在氧化硅膜，性能就像它的解剖对应物。FIB在这个研究领域显示出很大的潜力，但是技术和材料应该改进很多，以找到它们进入生物体的途径。这些仪器和技术以及组织工程技术可以彻底改变我们在不久的将来处理器官的方式。

本实验侧重于介绍聚焦的ion光束（FIB）系统，并演示它们能做什么。他们的应用很广泛。这里的练习强调了生物学的一些应用，从微米大小的横截面到骨骼和组织检查，以及器官小部分的三维重建。需要注意的是，FIB不仅仅是组织工程的工具。它在微电子学、地质研究、增材制造、喷涂涂料、透射电子显微镜（TEM）样品制备和一般材料特性方面有着悠久的历史。这些主题中的示例非常广泛，可在任何与 FIB 相关的文献中找到。