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【知识】扫描电镜(SEM)知识大全

扫描电镜知识大全：基本原理：扫描电镜是一种使用电子束与样品相互作用，产生物理信号，进而构建出样品表面特性扫描图像的工具。电子束的亮度和束斑直径影响信号强度和分辨率，需优化设计以获取高质量图像。基本构造：电子枪：发出电子束，在电场作用下加速。电子透镜：聚焦电子束成直径极小的束斑。

在材料科学中，SEM用于观察材料表面形貌、断口形貌，以及微区化学成分分析。通过扫描电镜，可以观察到材料表面的多孔结构、纤维脱粘、拔出和断裂痕迹等。扫描电镜具有高分辨率、放大倍率宽、图像景深好和样品制备简单等特点。分辨率从人眼的0.2mm提高到传统扫描电镜的3nm，甚至达到场发射扫描电镜的1nm。

扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）是一种利用电子束扫描样品表面，并通过电子与样品相互作用产生的信号来成像的显微镜。 在SEM中，二次电子成像是最常用的手段，它通过样品表面电子的发射来形成图像。这些二次电子的发射提供了样品表面的形貌信息。

放大率：与普通光学显微镜不同，在SEM中，是通过控制扫描区域的大小来控制放大率的。如果需要更高的放大率，只需要扫描更小的一块面积就可以了。放大率由屏幕/照片面积除以扫描面积得到。所以，SEM中，透镜与放大率无关。

扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope， SEM)作为科研领域中的重要工具，广泛应用于材料学、物理学、生物学、地矿学、考古学、微电子工业及刑事侦查等多个领域。本文将通过具体案例分析，展示 SEM 在科研中发挥的关键作用。

聚焦离子束扫描电子显微镜FIB-SEM的工作原理及其应用

FIB-SEM工作原理涉及液态镓（Ga）离子源的使用，Ga加热后向下流至钨针尖端，形成尖端半径约为2 nm的锥形体。Ga离子在针尖处因电场力作用电离并发射出来，通过静电透镜聚焦在样品上并进行扫描，与样品发生相互作用，收集产生的信号，实现样品的精细加工和显微分析。

FIB的工作原理是电透镜将离子束聚焦成一个微小的切割工具，通过电场驱动和聚焦过程，实现对材料的蚀刻、沉积和离子注入等精密操作。离子束成像提供5纳米级的分辨率，揭示材料表面的微观细节，而离子束蚀刻则以极高的精度实现选择性切割。

聚焦离子束（FIB）在芯片制造领域的应用广泛，它结合了透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）等技术的优势，提供高级和精确分析。FIB技术的基础在于使用金属离子的聚焦束，与SEM类似，但使用离子束代替电子束，适用于新材料、结构和系统的微型化分析。

离子束的聚焦与偏转通过静电透镜及偏转装置实现，以实现对样品的可控扫描。样品加工是通过加速的离子轰击，使样品表面原子发生溅射实现，同时产生的二次电子和二次离子被相应探测器收集用于成像。常见的双束设备包括电子束与离子束以特定角度安装，样品可在共心高度位置实现电子束成像与离子束加工。

电子束成像—SEM：电子束成像原理基于强电场，将灯丝（如金属钨）上的电子汇聚、聚焦后，形成束斑并加速，最终通过透镜系统聚焦于样品表面。高速电子与样品原子相互作用，释放出二次电子、X射线、背散射电子等信号，通过探测器收集并转换为数字信号，形成灰白图像。

FIB-SEM聚焦离子束显微镜

FIB-SEM聚焦离子束显微镜 基础知识 FIB-SEM(Scanning Electron Microscope-Focused Ion Beam)，又称为双束电镜（DB， Dual Beam），它集电子束与离子束于一体，具备沉积、加工与成像三大功能。

聚焦离子束扫描电子显微镜（FIB-SEM）双束系统结合了聚焦离子束（FIB）和扫描电子显微镜（SEM）功能，成为集微区成像、处理和分析于一体、操纵为一体的分析仪器，在物理、化学、生物、新材料、农业、环境及能源等领域广泛应用。

聚焦双束场发射扫描电子显微镜（FIB-SEM），融合了扫描电子显微镜（SEM）与聚焦离子束（FIB）技术，由Zeiss公司制造，型号为Crossbeam 350。其样品台类型为6轴电动超共心，通过SmartSEM用户界面操控，配合双操纵杆控制箱进行操作。

FIB-SEM双束系统作为集微区成像、加工、分析、操纵于一体的分析仪器，在物理、化学、生物、新材料、农业、环境和能源等多个领域有着广泛的应用。它将聚焦离子束(FIB)与扫描电子显微镜(SEM)功能结合于一台设备上，通过旋转样品台实现电子束实时观察与离子束切割或微加工的双重功能。

聚焦离子束（FIB）是一种在材料科学领域中用于沉积、剥蚀或材料选区分析的技术。FIB设备类似于扫描电子显微镜（SEM），但使用聚焦离子束而非聚焦电子束进行成像。FIB的原理在于通过施加聚焦离子束以排斥样品表面的原子，从而实现对样品的刮擦加工。

FIB-SEM，即冷冻聚焦离子束扫描电子显微镜，通过在电子束基础上添加聚焦离子束，实现了对样品表面进行连续刻蚀和扫描成像，从而产生三维SEM成像效果。这种技术在细胞成像方面展现出独特优势，与传统的电子显微镜相比，FIB-SEM可以在不破坏样品结构的情况下，提供更为精细的三维图像。

聚焦离子束(FIB)应用领域

1、FIB，即聚焦离子束技术，它以液态金属镓（通常）为离子源，通过离子枪的加速和精密聚焦，能在微纳米尺度上精细操作样品表面。/这种技术与SEM相似，不仅能观察样品的表面形貌，还能进行选择性材料去除或沉积，为微电子领域开辟了全新的可能。

2、聚焦离子束（FIB）作为一种纳米尺度制造的核心技术，已被广泛应用于半导体集成电路修改、切割和故障分析等多个领域。通过高能聚焦离子束与扫描电镜（SEM）的结合，FIB不仅具备成像功能，还能进行蚀刻、沉积和离子注入等加工操作，实现对材料和器件的纳米级精确控制。

3、聚焦离子束（FIB）技术源自太空技术，最初应用于离子束推进航天器。这种技术通过喷射物质，即reaction mass，产生推力。离子推进器，作为高精度运动的重要工具，通过电场或磁场加速带正电的离子，然后中和后朝与预定运动方向相反的方向喷射。

4、新型聚焦离子束显微镜采用双束模式，电子束与离子束结合，提高了影像分辨率并支持元素分析。在集成电路工业，聚焦离子束有五大主要应用，包括线路修复、故障分析、制程异常检测、光阻切割以及试片制作等。在故障分析中，即使缺乏详细数据，通过影像重叠系统，离子束显微镜能快速找到分析位置。

5、聚焦离子束（FIB）技术在纳米加工与材料分析领域展现出了极高的应用价值。通过电透镜聚焦形成的离子束，能够实现对材料表面的精确剥离、沉积、注入、切割和改性，其原理是利用高强度的聚焦离子束进行纳米级加工。配合扫描电镜（SEM）等高倍数电子显微镜进行实时观察，FIB技术成为了纳米分析与制造的主要手段。

6、FIB技术基于离子源产生离子束，通过加速聚焦在样品表面进行扫描工作。与电子束相比，FIB具有更高的质量，既能实现成像曝光，又能进行原子级的直写加工。同时，FIB能够与化学气体协同在样品表面诱导原子沉积，广泛应用于微纳加工工具。

芯片解密需要用到的FIB简介

设备概述：FIB设备是芯片解密过程中的关键仪器，它利用静电透镜聚焦的高能量镓离子，通过高压电场加速后撞击试片表面，实现亚微米级别的解析度。型号与参数：以FEI DualBeam 820为例，这是一款集FIB与SEM为一体的双束设备，具有7纳米的精准分辨率，支持FIB聚焦离子束切割修改与SEM电子束影像观察。

应用范围：FIB在芯片解密领域中的应用主要体现在微线路修改、测试键生长、纵向解剖与VC电势对比测试等方面。微线路修改功能可直接对金属线进行切断、连接或跳线处理，相较于传统的流片验证方法，FIB工具的使用在时间和成本上具有显著优势。

在现代科技的精密战场上，芯片解密手法如同精密手术，FIB（Focused Ion Beam）作为其中的重要工具，以其独特的能力在电路修改中发挥着关键作用。它不仅用于线路修补和验证，更是缩短研发周期，降低成本的得力助手。电路修改的艺术/ 封装后的芯片，为了功能测试，有时需要连接特定线路。

芯片解密过程涉及多步骤的技术操作。首先，侵入型攻击的第一步是揭开芯片封装，即“开盖”或“DECAP”。通常有两种方法：一是完全溶解芯片封装，二是仅移除硅核上方的塑料封装。第一种方法需要将芯片固定在测试夹具上，并利用绑定台进行操作。第二种方法则较为简便，适合在家庭环境中完成。

另一种常见的解密方式是使用FIB（聚焦离子束）技术。通过物理手段破坏芯片内部的保护逻辑，保留其他电路，然后使用标准烧录器读取程序。这种方法最大的挑战在于识别和破坏保护逻辑电路。一些低端FIB设备从测试领域流入解密行业，使得这种方法越来越受欢迎。目前，FIB修改是解密的主要手段。

[4]探针技术和FIB技术（Focused Ion Beam，聚焦离子束）是另一种解密方法，但成本较高。同样，先保存Config.配置文件，然后去除封装。用微形探针进行试探，根据探测结果制作显微镜图片，并通过FIB连接或切割进行进一步处理。有些情况下，无需FIB，仅使用探针即可通过编程器读取程序。

多种检测维度,让电池基础研发走得更远、更深

由于电子显微镜具备更高的分辨率，在电池研发中，搭配不同的探头，可以得到多维度的信息(成分、表征信息，粒度尺寸，配料占比等)，实现对正负极材料、导电剂、粘结剂及隔膜等更微观结构的检测(观察材料的形貌、分布状态、粒径大小、存在的缺陷等)。 常用的观察样品表面形貌的电子显微镜是扫描电子显微镜(SEM)。

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