La préparation d'échantillons par FIB-SEM aux ions gallium présente une limite d'endommagement ; le nettoyage par faisceau d'ions argon à basse énergie est utilisé pour améliorer la qualité des échantillons TEM

La microscopie électronique à balayage par faisceau d'ions focalisés au gallium (Ga⁺ FIB-SEM) est devenue une méthode importante pour la préparation d'échantillons en lame mince ciblée pour la microscopie électronique en transmission / la microscopie électronique en transmission à balayage (TEM/STEM), permettant de découper, d'extraire et d'amincir des régions ciblées à l'échelle nanométrique. Cependant, les documents indiquent que les ions gallium, tout en offrant une capacité d'usinage de haute précision, provoquent également une amorphisation, une implantation ionique et des modifications chimiques locales à la surface de l'échantillon, ce qui peut affecter les résultats d'imagerie à haute résolution et d'analyse spectroscopique ultérieurs.

Les documents précisent que le Ga⁺ FIB-SEM peut généralement effectuer un usinage ciblé à haute résolution à 30 keV, mais que les ions gallium à haute énergie forment une couche endommagée sur les parois latérales de l'échantillon. Dans le cas du silicium, par exemple, les données disponibles indiquent qu'un fraisage au Ga⁺ à 30 keV peut créer une couche amorphe d'environ 22 nm d'épaisseur de chaque côté de la lame mince. Pour les échantillons STEM de haute qualité dont l'épaisseur totale doit être maintenue en dessous d'environ 50 nm, cela signifie qu'une partie considérable de l'échantillon peut déjà avoir été modifiée par le processus de préparation, ce qui affecte particulièrement les analyses telles que l'imagerie à résolution atomique, l'EDS, l'EELS, les interfaces stratifiées, les films minces, les joints de grains et les microstructures de semi-conducteurs.

La réduction de l'énergie des ions Ga⁺ peut atténuer les dommages, par exemple en utilisant une énergie de 5 keV ou 2 keV pour le polissage final, mais les documents estiment que cela n'élimine pas complètement les effets d'implantation, d'amorphisation et chimiques induits par les ions gallium en tant qu'ions d'usinage finaux. Par conséquent, un nettoyage doux par faisceau d'ions Ar⁺ à basse énergie est utilisé comme traitement de surface final après la préparation FIB-SEM. L'argon est un élément chimiquement inerte et son action est plus superficielle à basse énergie ; lorsque l'énergie est inférieure à environ 500 eV, ses cascades de collisions sont principalement confinées à la région proche de la surface, ce qui permet d'éliminer couche par couche les dommages externes formés par l'usinage au Ga⁺, tout en évitant d'introduire des dommages profonds et des réactions chimiques similaires à ceux causés par l'usinage aux ions gallium.

Les documents mentionnent également que la solution Aura™ Gentle Ion Beam intègre le polissage par faisceau large d'Ar⁺ à basse énergie dans le flux de travail FIB-SEM, permettant à l'échantillon de subir un nettoyage final sans transfert vers un équipement de polissage séparé après la préparation ciblée au Ga⁺. Cette approche réduit les risques de transfert d'échantillon, de contamination, d'erreurs d'alignement et de perte de lame mince, et améliore la reproductibilité grâce à des opérations basées sur des recettes et un contrôle qualité intégré au système.

D'un point de vue technique, le nettoyage par Ar⁺ ne remplace pas le Ga⁺ FIB-SEM, mais complète son étape finale de préparation : le Ga⁺ reste utilisé pour le positionnement précis et la mise en forme de la lame mince, tandis que l'Ar⁺ à basse énergie est chargé d'éliminer les dommages de surface liés à la préparation et d'améliorer la propreté et la fiabilité de l'échantillon. Pour les échantillons sensibles tels que les alliages d'aluminium, le cuivre, le germanium, les semi-conducteurs contenant du gallium, les films minces, les structures multicouches et les matériaux d'interface, cette différence peut être directement liée à la fiabilité des résultats finaux d'analyse S/TEM.