聚焦离子束应力引入致形变技术

聚焦离子束技术作为一种基于束的纳米加工方法，自其发明以来，一直被广泛应用在集成电路芯片制造和失效分析等领域。聚焦离子束应力引入致形变技术（Focused ion beam stress induced deformation, FIB SID）是一种近年开发出来的新的加工方法。

FIB SID技术

研究人员发现，Ga+离子在轰击厚度为几百纳米的铝悬臂梁时，不仅可以使悬臂梁向上（即朝向离子入射的方向）弯曲，也可以使悬臂梁向下(也即背离离子入射的方向）弯曲。因此可以利用该现象进行复杂的三维结构加工。本文阐述了针对该现象的实验测量，对其离子注入与溅射机理进行简要讨论，最后罗列了利用该现象制作出多种复杂的三维纳米结构，包括不同手性的螺旋、“发条”形结构和波浪形结构等。

氮化硅薄膜的弯曲现象

在氮化硅悬臂梁的一端进行离子束轰击时，悬臂梁发生弯曲，当入射剂量一定，悬臂梁的弯曲角呈现90°。

机理分析

北京大学毛逸飞等研究人员使用15~30 keV 的Ga+离子对该现象进行了分析。在离子轰击基底表面时，离子注入和溅射同时发生。然而离子注入过程中因为表面层被溅射的影响，会存在一个饱和注入剂量。本文已经考虑在表面层单纯离子注入会引入张应力，单纯溅射会引入压应力，而表面层体现出的表观应力是两种机制平衡后的结果。若基底及入射离子能量导致溅射的应力效应大于离子注入的应力效应，则自轰击开始表面层便体现出表观压应力，梁向上弯曲。若基底及入射离子能量导致离子注入的应力效应大于溅射的应力效应，则自轰击开始表面层首先表现出张应力；随着轰击剂量的增加，离子注入剂量达到饱和，离子注入产生的应力效应基本稳定，但溅射仍然继续发生，溅射的应力效应会超过离子注入的效应，进而表面出现压应力，悬臂梁向上弯曲。

利用FIB SID技术进行多样化微纳结构加工

通过选择入射离子束的剂量，可以控制悬臂梁的弯曲方向，进而制备出弯曲方向不同的微纳螺旋。

如上图所示。图a 为向上弯曲金属螺旋，图b 为向下弯曲金属螺旋。与此同时，通过调控每次刻蚀的深度，可以加工出半径渐变的螺旋结构，如图c所示。

除上述微纳螺旋外，通过合理设计预置图案，可以得到多样化的微纳结构。

上图a~d分别为微米立方结构、双螺旋结构、发条结构以及正弦波纹结构。

结论

聚焦离子束应力引入致形变技术具有高精度、原位加工等特点，可以运用在多种加工场景。加工得到的微纳结构可应用于生物微流控系统、太赫兹通信、光学天线等领域。

北京埃德万斯离子束技术研究所股份有限公司自主研发的离子束刻蚀机、离子束溅射镀膜机是非硅微纳机电制造的核心设备。其通用离子束刻蚀系统，除了可进行传统微纳结构刻蚀外，还可实现离子束清洗、材料表面抛光和材料减薄等功能，还可实现化学辅助离子束刻蚀（CAIBE）与反应离子束刻蚀（RIBE）。