液態金屬離子源
離子源是聚焦離子束系統的心臟，真正的聚焦離子束始于液態金屬離子源的出現，液態金屬離子源產生的離子具有高亮度、極小的源尺寸等一系列優點，使之成為目前所有聚焦離子束系統的離子源。液態金屬離子源是利用液態金屬在強電場作用下產生場致離子發射所形成的離子源[1、2]。液態金屬離子源的基本結構如圖1所示
在源制造過程中，將直徑0.5mm左右的鎢絲經過電化學腐蝕成尖端直徑只有5－10μm的鎢針，然后將熔融的液態金屬粘附在鎢針尖上，在外加強電場后，液態金屬在電場力作用下形成一個極小的尖端（泰勒錐），液態尖端的電場強度可高達1010V/m。在如此高的電場下，液態表面的金屬離子以場蒸發的形式逸出表面，產生離子束流。由于液態金屬離子源的發射面積極小，盡管只有幾微安的離子電流，但電流密度約可達106A/cm2，亮度約為20μA/sr。
聚焦離子束系統
聚焦式離子束技術是利用靜電透鏡將離子束聚焦成非常小尺寸的顯微切割技術，目前商用FIB系統的粒子束是從液態金屬離子源中引出。由于鎵元素具有低熔點、低蒸汽壓以及良好的抗氧化力，因而液態金屬離子源中的金屬材料多為鎵（Gallium，Ga）[3、4]。圖2給出了聚焦離子束系統結構示意圖。
在離子柱頂端外加電場（Suppressor）于液態金屬離子源，可使液態金屬或合金形成細小尖端，再加上負電場（Extractor）牽引尖端的金屬或合金，從而導出離子束，然后通過靜電透鏡聚焦，經過一連串可變化孔徑（Automatic Variable Aperture，AVA）可決定離子束的大小，而后用E×B質量分析器篩選出所需要的離子種類，最后通過八極偏轉裝置及物鏡將離子束聚焦在樣品上并掃描，離子束轟擊樣品，產生的二次電子和離子被收集并成像或利用物理碰撞來實現切割或研磨。