4、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

1. 引言

在超纯材料微结构的研究中，涉及到诸多关键问题，如提供晶体表面的电接触、解决衬底与晶体表面的物理接触、评估聚焦离子束（FIB）加工对材料的损伤以及确保器件生产过程中的电流均匀性等。这些问题的解决对于准确测量材料的电学性质至关重要。

2. 电接触与物理接触问题

• 电接触问题 ：理论上，离子辅助化学气相沉积（IA - CVD）可用于为晶体表面提供电接触。然而，其高电阻率导致接触电阻通常达几千欧姆，对于低电阻率材料（如铜铁矿金属）而言过高。在缺乏高导电性材料沉积技术的情况下，可将沉积材料仅作为另一种方法（如溅射金）沉积金属的平台。
• 物理接触问题 ：在衬底与凸起的晶体表面建立物理接触时，若从样品表面直线沉积到衬底，晶体边缘通常会形成未到达衬底的水平台阶。解决方法有两种：一是将样品置于环氧树脂中以提供平滑斜坡；二是构建沉积台阶的“楼梯”以到达样品顶部。

3. FIB 离子与材料的相互作用

3.1 碰撞级联

当离子撞击材料表面时，可能被反射、背散射或进入材料内部。进入材料内部的离子会因电子和核阻止过程而减速。非弹性碰撞通过电子阻止将能量从离子转移到材料内的电子，激发电子会导致光子发射甚至电离，离表面几纳米内产生的电离二次电子可从样品发射出来，用于成像。
大部分离子损失的能量转移到材料的原子核，核阻止碰撞近乎弹性，能量转移超过阈值（通常 10 - 50 eV）时，原子核会位移形成间隙 - 空位对，靠近表面的原子会克服表面结合能被溅射出来，其他原子核会在