聚焦離子束－電子束雙束融合模型及同步微納加工研究

《聚焦離子束－電子束雙束融合模型及同步微納加工研究》是依託北京航空航天大學，由李文萍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：聚焦離子束－電子束雙束融合模型及同步微納加工研究
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：李文萍
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

聚焦離子束－電子束同步微納加工中，樣品處加工束品質決定了加工的精度和速度。加工束品質受聚焦離子束、電子束以及雙束同步工作時中和離子的位置和比例等因素影響，已有模型中的高斯分布假設不再成立，且很難直接檢測。本項目擬研究電子束-離子束雙束融合模型及同步微納加工精度，內容包括：雙束融合模型的建立、同步加工束品質研究、同步粒子束與樣品的碰撞以及實驗驗證。本項目擬採用理論分析、數值計算和實驗相結合的研究方法。首先通過求解給定初始條件下電磁場中N個帶電粒子的牛頓－洛侖茲方程組獲得電子束和離子束三維束流分布，考慮電子的中和作用建立雙束融合模型；然後研究同步加工束品質與庫侖力之間的關係，並通過雙束同步平台測量束斑進行實驗驗證；最後利用蒙特卡羅法研究同步加工束與樣品的碰撞過程，結合具體樣品的刻蝕實驗結果，找到離子庫侖力－同步加工束品質－同步加工精度之間的關係，以實現高精度同步加工。

結題摘要

聚焦離子束(FIB)－電子束(SEM)雙束同步微納加工系統，不僅能夠實現SEM實時監控下的FIB微細加工，而且通過電子的中和提高FIB單束加工精度的同時從本質上解決了樣品上局部電荷積累問題，保證FIB加工過程質量的同時有效提高了FIB加工的成品率，是微納加工技術發展的重要手段。本課題提出了包含離子（電子）間庫侖力效應的FIB(SEM)三維束流密度分布，建立了更符合實際系統的聚焦離子束－電子束雙束融合模型，研究了同步入射束加工樣品的工作機理，獲得了FIB-SEM雙束融契約步加工的性能，實現了電子束對離子束加工的實時觀測和控制，獲得了高精度的聚焦離子束-電子束雙束融合可控微納加工。 在FIB-SEM雙束融合模型的建立過程中，實現了聚焦離子束系統的透鏡前雙偏轉系統三維空間設計、具體偏轉指標以及動態校正，分析了離子間庫侖力效應對FIB束流密度分布的影響，最佳化獲得了綜合幾何像差以及離子（電子）間庫侖力效應的FIB(SEM)三維束流密度分布，採用理論分析、數值計算和實驗相結合的研究方法得到了同步加工束中離子、電子和原子的位置和比例，改變SEM束流重複上面的過程得出SEM束流與FIB-SEM雙束融契約步入射粒子束品質的關係列表，實現了電子束對離子束的最佳化調控。 同步粒子束的性能研究中，分析了離子、電子和原子與樣品作用的工作機理，採用蒙特卡羅法仿真了相同條件下離子束在樣品中的運動過程，結合雙束系統在矽和玻璃等樣品上的具體實驗，建立了庫侖力—同步加工束品質—同步加工精度之間的關係，給出了同步加工不同精度下粒子劑量、離子庫侖力等最佳化參數，獲得了電子束對FIB加工精度的控制和實時觀測。