3、超纯材料微结构的创建与测量

超纯材料微结构的创建与测量

在超纯材料的研究中，对于其输运性质的测量一直是一项具有挑战性的任务。聚焦离子束（FIB）技术为解决这一问题提供了有效的途径，它不仅可以创建特定几何形状的器件以优化电阻测量，还能制造微米级尺寸的器件，用于研究非常规输运机制。

1. 聚焦离子束技术概述

聚焦离子束技术自20世纪70年代中期就已出现，最初主要应用于半导体行业的掩膜和电路修复、生物科学的成像以及透射电子显微镜（TEM）样品的制备。近年来，它开始被用于将现代量子材料加工成定制器件，实现传统技术无法完成的测量。

在使用FIB进行微结构加工时，需要考虑多个方面：
- 最小可行器件尺寸 ：通常受技术分辨率的限制。
- 材料损伤程度 ：这对材料性能有重要影响。
- 设计灵活性 ：决定了能否满足不同的实验需求。
- 制作流程和时间 ：影响实验研究的效率。

2. 聚焦离子束系统的基本设计

FIB系统的关键组成部分包括离子源、用于加速离子的真空柱、定义离子束电流的孔径、聚焦光束的静电透镜以及用于光束扫描的八极板。其工作原理是当离子接触样品表面时，能量传递给晶格原子，若能量足够克服表面结合能，原子将被溅射去除，溅射速率受离子种类、加速电压和光束入射角等因素控制。

大多数现代FIB系统会与扫描电子显微镜（SEM）配对，以实现更高分辨率的成像。目标区域位于两束光焦点的重合点，样品台可旋转，使样品表面在电子成像和材料铣削时分别垂直于SEM光束和FIB光束。此外，还可