《聚焦离子束技术路线图》发布，技术与市场同步拓展

什么是聚焦离子束

聚焦离子束（focused-ion-beam, FIB）技术的基本原理是在电场和磁场的作用下，将离子束聚焦到亚微米甚至纳米量级，通过偏转和加速系统控制离子束扫描运动，实现微纳图形的监测分析和微纳结构的无掩模加工。

为什么研究聚焦离子束

FIB处理的主要例子仍然是用于高分辨率成像技术的样品的现场选择性制备，特别是透射电子显微镜（TEM）和原子探针断层扫描（APT）以及使用扫描电子显微镜（SEM）进行3D体积成像。

然而，聚焦离子束 （FIB） 是一种强大的工具，可用于制造、改性和表征低至纳米级的材料；由于聚焦离子束可用于以各种方式将任何材料改性到纳米级，从靶向掺杂到结构修饰和几何形状，因此FIB在从基础研究到技术的所有领域都是一个强大的工具；对于FIB的新颖和先进的应用更值得研究。

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聚焦离子束技术是当今微纳加工和半导体集成电路制造业十分活跃的研究领域。在Appl. Phys. Rev.的文章《聚焦离子束技术路线图》中，概述FIB仪器、理论、技术和应用。

研究者通过各种研究界的视角来看待FIB的发展，旨在确定离子源和仪器开发的未来途径，以及新兴的应用和机会，以提高对离子-固体相互作用的复杂相互作用的理解。希望能为该领域的所有科学家提供一份指南，确定共同的研究兴趣，并将支持未来将工具开发、实验和理论联系起来的富有成效的互动。

本文章从框架上介绍了当今FIB研发的最新进展，并讨论了未来的前景。

第二部分概述了FIB仪器，首先是聚焦离子束的生成和控制，然后是检测器和其他补充工具和附件。

首先描述所使用的不同离子源。源定义了最终仪器的许多属性，包括可实现的光斑尺寸。然后，讨论了通过离子光学柱的光束传输，以及随后的检测器和分析;这些用于引导、整形和检测离子的元件的设计方式必须确保所使用的特定源具有最佳的最终性能。在样品室中，还可以合并其他几个组件，包括用于原位或操作实验的专用样品台、微纳米操纵器和气体注入器。接下来讨论有关放射活性样品实验的注意事项。最后，概述了光束控制、自动化和多模态分析的软件需求和相关方法。

FIBs可用离子种类元素周期表

第三部分总结了可用于描述离子-物质相互作用各个方面的理论方法，包括二元碰撞近似 （BCA）、分子动力学 （MD）、动力学蒙特卡洛 （kMC） 技术、密度泛函理论 （DFT） 和连续介质建模。其中最后一个可以在最长的长度和时间尺度上进行建模，包括离子和电子诱导表面化学的处理。

各种模拟方法获得的时间和长度尺度

第四节中讨论FIB的广泛应用，该节根据各种实验技术（减材加工、缺陷工程、成像和断层扫描、元素分析、气体辅助加工和其他几个新兴方向）进行组织。对于每个应用领域，都讨论了一些示例。作为对社区的服务，我们编制了带有参考文献的汇总表，以便对每个应用领域进行更全面（尽管并非详尽无遗）的文献综述。这些表格可以作为一个起点，帮助读者为自己的研究确定新的FIB机会。

不同FIB技术的示意图概述

第五节中的路线图是核心。该路线图突出了基于前面描述的仪器、理论和应用的最新技术，FIB研究和开发的未来前景。在这里，FIB在不同科学和技术领域的关键驱动因素已经确定，并与FIB的具体挑战和未来发展所需的步骤联系起来。

桑基图概述了FIB科学技术未来发展的相互关联的驱动因素、技术、挑战和待办事项

如图所示，所有这些必要的发展都是由已建立或新兴的研究领域推动的，这些领域使用 FIB 作为以下任何或所有工具：本地化和全面的分析、材料改性和先进的设备制造。

小结

文章概述了FIB技术的当前技术水平、其应用和重要的工具开发，所有这些都需要研究人员和技术人员在开发新的基于FIB的工作流程和仪器时予以关注。由于FIB加工的应用极其多样化，因此不会是单一的技术发展带来突破。相反，为了应对已经确定的挑战，将需要取得许多进展。由此产生的发展通常会影响多个科学领域，从上面的概述图中可以看出。

因此，文章可以作为学生、FIB 用户、相关技术的学术和商业开发人员以及资助机构的重要参考书。它包括概述表，提供了该领域相关工作的鸟瞰图；各个驱动研究领域的新发展对FIB技术提出了新的挑战，为此文章提出了有针对性的解决方案，并提供了所需的技术发展清单。

参考资料：

https://doi.org/10.1063/5.0162597

作者：katja.hoeflich@fbhberlin.de; gerhard.hobler@tuwien.ac.at; francesallen@berkeley.edu; tom.wirtz@list.lu; gemma.rius@csic.es; and g.hlawacek@hzdr.de