納米科技是當今國際上的一個熱點。納米測量學在納米科技中起著信息采集和分析的不可替代的重要作用，納米加工是納米尺度制造業的核心，發展納米測量學和納米加工的一個重要方法就是電子束，離子束技術。近年來發展起來的聚焦離子束納米加工系統用高強度聚焦離子束對材料進行納米加工，結合掃描電子顯微鏡實時觀察，開辟了從大塊材料制造納米器件、進行納米加工的新途徑。已廣泛用于半導體集成電路生產線，直接修補、加工集成電路，大大提高了生產率。
聚焦離子束(FIB)系統是在常規離子柬和聚焦電子束系統研究的基礎上發展起來的。由于離子源的限制，早期的聚焦離子束系統應用非常有限，液態金屬離子源的出現極大地促進了聚焦離子束系統的發展。目前聚焦離子束系統集微納米尺度刻蝕、注入、沉積、材料改性和半導體加工等功能于一體，在納米科技領域起到越來越重要的作用。
聚焦離子束與常規離子束對材料和器件的加工機理相同心-，都是通過離子柬轟擊樣品表面來實現加工，所以二者的應用領域也基本相同。常規離子束加工系統通常將從離子源抽取的離子束直接轟擊樣品，盡管有些系統添加了對離子柬進行質量分析和聚焦裝置，但相對比較簡單，離子束斑直徑比較大，一般為幾毫米到幾十厘米，束流密度較低，加工時必須采用掩模處理。在聚焦離子束加工系統中，來自離子源的離子束經過加速、質量分析、整形等處理后，聚焦在樣品表面，離子束斑直徑目前已可達到幾個納米，其加工方式為將高能離子束聚焦在樣品表面逐點轟擊，可通過計算機控制束掃描器和消隱組件來加工特定的圖案。
1聚焦離子束系統的結構及工作原理
聚焦離子束系統是用聚焦離子束代替掃描電鏡(SEM)及透射電鏡(TEM)中所用的質量很小的電子作為儀器光源的顯微分析加工系統。圖1給出了聚焦離子束系統的結構示意圖。在離子柱頂端的液態離子源上加一強電場來抽取帶正電荷的離子，通過位于柱體中的靜電透鏡、可控的四極／A極偏轉裝置，將離子束聚焦并在樣品上掃描，收集離子柬轟擊樣品產生的二次電子和二次離子，獲得聚焦離子束顯微圖像。為避免離子束受周圍氣體分子的影響，金屬腔體和離子泵系統保證離子柱在高真空條件下(10^-5Pa～10^-6Pa)工作。樣品室中裝有一個五維可調樣品架，以便對樣品進行多方位的分析加工。
1．1離子柱
離子柱是聚焦離子束系統的核心，位于樣品室的頂部，由液態離子源、聚焦、柬流限制、偏轉裝置及保護和校準部件等組成。由于液態離子源的電流較強，離子柬的能量色散較大，一般大于5 eV，因此，影響聚焦離子束系統分辨率的主要因素是離子束的色差。為了提高系統的分辨率，必須降低離子束柱體的色差，可通過對光學柱體的特殊設計來實現。離子束斑的最小直徑隨著限束孔大小的改變而改變，束流強度與孔的面積成正比；離子柬的直徑和工作距離也有一定的關系，當工作距離加大時，束直徑也隨之增大；另一方面，束電壓的下降也會導致束斑變大，因此，盡管離子柱可以在很大的加速電壓范圍內工作，而要達到高分辨率，則應適當提高加速電壓和圖1 聚焦離子束系統的結構示意圖。減小工作距離。
1．2離子源
離子源為聚焦離子束系統提供穩定的、可聚焦的離子束，其尺寸大小直接影響聚焦離子束系統的分辨率。表征離子源的主要參數為亮度、源尺寸、穩定性和壽命等。目前聚焦離子束系統常用的是液態金屬離子源，而氣體場發射離子源則由于具有更高的亮度、更小的源尺寸等優點備受關注，如氦離子源等。
液態金屬離子源主要有Ga、si、Be、Pd、As、sb、In等多種離子源，其尺寸可小至50 nm一100 nm，亮度高達106 A／(cm2·sr)，發射穩定，可滿足微納米尺度聚焦離子束加工的要求。液態金屬離子源結構比較簡單，在常溫和10^-5Pa氣壓下就可工作，因而得到廣泛應用，目前大多數商業聚焦離子束都采用液態金屬離子源，其壽命已超過1 500 h。
除了Ga外，還有許多合金離子源，例如AuSi、AuSiB、PdAs、PdAsB、NiB、NiAs等，對于這些合金離子源系統№1，必須安裝離子質量分析器。離子質量分析器用來選擇所需要的離子，并阻擋不需要的離子。常用的有E x B離子質量分析器和磁離子質量分析器。由于E×B離子質量分析器結構小巧，且離子通過分析器后保持方向不變，因此在聚焦離子束系統上得到廣泛應用。
聚焦離子束系統目前既有技術成熟的液態金屬離子源，又有前景廣闊的氣體場發射離子源，源尺寸可小到l nm，H、He、O、Ne離子都可以作為氣體場發射離子源，同時離子質量分析器的存在又加大了離子源選擇的靈活性，使得諸多合金可以作為離子源；離子源的多樣化使得聚焦離子束系統的功能和結構也呈現多樣化，大大促進了聚焦離子束的發展。
1．3離子束控制系統與樣品室
離子束控制系統包括限柬孑L、束消隱組件、四極/八級．極偏轉等部件。離子束消隱組件(beam blanking assembly)包括消隱電極、束消隱和監測消隱電流的皮安(10^-12 A)電流計，其作用是使離予束偏離入射方向進入法拉第杯，以防止樣品被離子柬持續剝蝕。四極、八極偏轉系統在聚焦離子束和電子顯微鏡中用做掃描偏轉器或消像散器。
樣品室位于離子柱下方，包括樣品臺、探測器、氣體注入系統等。聚焦離子束樣品臺與掃描電鏡樣品臺結構相同，一般有茗、Y、=和繞z軸轉動以及傾動的五個方向運動，由計算機通過鼠標、控制桿、鍵盤和預裝的定位系統實現控制。為了提高聚焦離子束系統對樣品進行微納米加工的速度和可控性，在樣品室增加了氣體注入系統，在聚焦離子束對樣品進行淀積或增強刻蝕等功能時可向樣品表面注射特定的氣體。氣體注入系統主要由注射和控制兩部分組成，一般在樣品室上安裝3個～5個注入噴嘴，控制裝置用于設定各種樣品材料所適宜的工作溫度并配以安全裝置確保在適宜的條件下開啟氣體注入閥門。
2聚焦離子束的應用
聚焦離子柬系統除具有掃描電子顯微鏡具有的成像功能外，由于離子較大的質量，經加速聚焦后還可對材料和器件進行刻蝕、沉積、離子注入等微納加工，開辟了從大塊材料制造納米器件、進行納米加工的新途徑。
2．1離子束成像
聚焦離子束的成像原理與掃描電子顯微鏡基本相同，都是利用探測器接收激發出的二次電子來成像，不同之處是以聚焦離子束代替電子柬。聚焦離子柬轟擊樣品表面，激發出二次電子、中性原子、二次離子和光子等，收集這些信號，經處理顯示樣品的表面形貌。目前聚焦離子束系統的成像分辨率已達5 nm-10mm，盡管比掃描電子顯微鏡低，但聚焦離子束成像具有更真實反映材料表層詳細形貌的優點。當用q離子轟擊樣品時，正電荷會優先積聚到絕緣區域或分立的導電區域，抑制二次電子的激發。因此樣品上絕緣區域和分立的導體區域會在離子像上顏色較暗，而接地導體會亮些，這樣就增加了離子成像的襯度。對于同種材料，離子束成像時，不同晶面的二次電子、二次離子產額有較大的差別，造成各晶面所形成不同襯度的圖案。利用這一原理可以對多晶材料(如金屬)薄膜的晶粒取向、晶界的分布和取向做出統計分析。不同材料對離子束成像的貢獻差別也會很大。如果材料富含碳的氧化物，離子束成像時該區域亮度就高舊1，因此離子束比電子束在腐蝕材料或氧化物顆粒的成像分析方面具有明顯的優勢。
為達到高分辨率，需要制作更為精細的探針，并且探針與樣品的作用區域要小。追求高分辨率的同時要保證成像質量，所以要激發出足夠多的二次電子和離子。氣體場發射離子源如H、He、0和Ne等的亮度達到10^9 A／(cm2sr)，源尺寸可小到1 nm，具有液態金屬離子源等其它離子源難以達到的亮度高、虛擬尺寸小、能量色散小等優點，在納米量級加工領域具有廣闊的應用前景。但由于氣體場發射離子源需要極高的真空，且工作在液氮低溫環境，發射不夠穩定，工作壽命較短，氣體場發射離子顯微術還處于研發階段。最近，德國Zeiss公司報道推出氦離子顯微鏡，具有比掃描電子顯微鏡和液態金屬聚焦離子束系統更優異的性能。與掃描電子顯微鏡相比，氦離子的亮度較高，波長較短，能聚焦成更小的探針；氦離子束穿透樣品表層的深度比電子束淺的多，二次電子只能從樣品表層被激發，因此反映的是表層信息。另外，氦離子束成像反映的樣品表面形貌要比電子束成像更加準確。
2．2離子束刻蝕
離子束刻蝕可分為物理離子束刻蝕與反應離子柬刻蝕。用作離子源的金屬元素的原子量往往較大(如鎵的原子量為69．72，質量遠遠大于電子)，當高能離子束(常為幾十keV)轟擊樣品時，其動量會傳遞給樣品中的原子或分子，產生濺射效應。選擇合適的離子束流，可以對不同材料的樣品實施高速微區刻蝕。利用聚焦離子束可以對納米級材料如氧化鋅納米帶進行加工；還可以對微米量級