E19 · 薄片提取与减薄

从块体提取 TEM 薄片

怎样提取一片薄样品，又不让它失去支撑或被铣坏？ 先接好针尖，再切断最后的连接；先把薄片固定到载网，再分离针尖。减薄时还要给低能收尾留够材料：总厚度相同，表层受影响多的那片，能留下的内部就更少。

先铣出两侧沟槽，接好针尖，再切断最后的连接。拖动针尖，把薄片移到 TEM 载网上，固定好后再分离针尖。接着加工两面，比较低能收尾与高能加工留下的表层。

当前支撑 $\text{—}$

模型薄片厚度 $\text{—}$

模型未受影响内部 $\text{—}$

每面受影响层 $\text{—}$

更多测量与实验目标

两面加工残留的镓 $\text{—}$

两面加工残留的氙 $\text{—}$

平均注入原子比例 $\text{—}$

上次加工能量 $\text{—}$

沟槽与两面加工时长 $\text{—}$

沟槽与两面加工离子数 $\text{—}$

平均沟槽深度 $\text{—}$

沟槽深度均方根 $\text{—}$

中央基底平均损失 $\text{—}$

平均指定损伤长度代理 $\text{—}$

期望入射离子数 $\text{—}$

总移除原子数 $\text{—}$

返回原子数 $\text{—}$

逃逸原子数 $\text{—}$

期望写入时长 $\text{—}$

所选格净深度 $\text{—}$

实验目标 $\text{—}$

预设为模拟示例；各图标题注明数据来源。

入射能量

E

30\,\mathrm{keV}

针尖距接点的水平距离

x_n

-600\,\mathrm{nm}

悬空薄片向载网的位移

x_g

2400\,\mathrm{nm}

下一次加工每面移除厚度

d

30\,\mathrm{nm}

进阶设置

写入束流

I

100\,\mathrm{pA}

按样品面积计入射剂量

F

4000\,\mathrm{\frac{ions}{nm^2}}

指定产额条纹振幅

a

30\,\mathrm{\%}

假定摇摆均衡

R

0\,\mathrm{\%}

离子源：0 镓，1 氙

0

相对初始表面法线的入射角

\theta

0\,\mathrm{{}^\circ}

指定材料返回比例

f_r

20\,\mathrm{\%}

中央硅等效牺牲保护层

t_c

0\,\mathrm{nm}

所选格编号

k

1164

仅剂量与深度显示增益

G

1

学习目标与模型边界

预测 · 写入 · 检查 · 解释

去除材料，但不损坏样品

先铣出干净沟槽，让薄片始终有支撑地提取、上网，再分离针尖。两面减薄后用低能束收尾。模型目标：总厚度 60 至 150 纳米，每面受影响层不超过 5 纳米，内部保留至少百分之八十五。

模型假设

两面加工还分别跟踪镓和氙的注入分布。基底按硅等效材料处理，指数停止长度和残留比例是教学参数。铣削会带走原有注入原子，每次加工也会留下新离子；分布从首次两面加工开始，不计沟槽和支撑步骤的注入。这是计算的期望组分，与受影响层代理分开，不是实测浓度。模型从沟槽制备开始，依次底切、接针、切断连接、提起、转移、固定到载网、分离针尖，再加工两面。每一步保留执行时的设置。薄片初始厚 600 纳米、长 1500 纳米，高度由已经完成的沟槽深度决定。两面各移除设定厚度，移除体积结合指定的类硅原子密度，给出离子数和加工时长。镓、氙产额、沟槽条纹、再沉积和表层损伤规律都是教学假定；受影响层不等于实测非晶层厚度或离子注入分布。接触容差、理想连接和固定的悬空转移路径代替受力与碰撞动力学。底切和沉积连接只改变状态，未计算剂量；累计离子数仅包括沟槽和两面加工。模型不含材料输运标定、变化的表面遮挡、热损伤、断裂力学或真实 SEM 采集，也不是仪器操作配方。观察束仅作示意，高度、横向、数据卡中的厚度和硬件分别放大。

先抓重点

核心问题: 怎样提取一片薄样品，又不让它失去支撑或被铣坏？
一句话直觉: 下一处接牢了，才能放开上一处。

核心数学模型

从两面各移除一层

t_{j+1}=\max(0,t_j-2d_j)

控件设置的是每面移除多少。两面的加工相遇，薄片就铣穿了。模型初始厚度为 600 纳米。

由移除体积计算离子数

\begin{aligned}V_j&=L H(t_j-t_{j+1})\\N_j&=nV_j/Y_j\\T_j&=eN_j/I_j\end{aligned}

两面加工时，长度和高度不变。原子密度和产额都是指定值。这里计算垂直于薄片面的加工电荷，沟槽入射角不改变这套单独定义的几何。

两层表面之间还剩多少内部

t_{\rm core}=\max(0,t-2\delta)

两面各有一层指定深度的受影响材料。加工既能去掉旧层，也会留下新层；模型没有反演实测离子注入分布。

常见难点

教学参数

容易误解屏幕上的设置就是我这块材料的制样配方。

正确理解两面加工还分别跟踪镓和氙的注入分布。基底按硅等效材料处理，指数停止长度和残留比例是教学参数。铣削会带走原有注入原子，每次加工也会留下新离子；分布从首次两面加工开始，不计沟槽和支撑步骤的注入。这是计算的期望组分，与受影响层代理分开，不是实测浓度。模型从沟槽制备开始，依次底切、接针、切断连接、提起、转移、固定到载网、分离针尖，再加工两面。每一步保留执行时的设置。薄片初始厚 600 纳米、长 1500 纳米，高度由已经完成的沟槽深度决定。两面各移除设定厚度，移除体积结合指定的类硅原子密度，给出离子数和加工时长。镓、氙产额、沟槽条纹、再沉积和表层损伤规律都是教学假定；受影响层不等于实测非晶层厚度或离子注入分布。接触容差、理想连接和固定的悬空转移路径代替受力与碰撞动力学。底切和沉积连接只改变状态，未计算剂量；累计离子数仅包括沟槽和两面加工。模型不含材料输运标定、变化的表面遮挡、热损伤、断裂力学或真实 SEM 采集，也不是仪器操作配方。观察束仅作示意，高度、横向、数据卡中的厚度和硬件分别放大。

动手实验

01
区分损伤与注入原子
上网减薄后，看注入分布。展开进阶设置，换离子源，再执行一次小厚度的收尾加工，比较镓、氙残留和受影响层。
你会看到： 换源后的加工会带走一部分旧原子，也会留下新种类。受影响层变薄，并不能单独说明还剩多少异种原子。
02
同样薄，内部未必一样
比较“薄片已减薄上网”和“薄了，表层仍受损”，查看每面受影响层和未受影响的内部。
你会看到： 总厚度相同，能留下的内部材料仍可能差很多。
03
从块体开始
点击“重新制备”，在进阶设置里选择沟槽剂量和保护层。铣出沟槽后底切，留一处连接。
你会看到： 沟槽太浅就无法完成底切；保留的连接仍托着薄片。
04
让针尖接住薄片
把金色手柄拖到接点，连接针尖，再切断最后的连接并提起。
你会看到： 没接针就切断、没切断就移动，都会被模型拒绝。
05
把支撑交给载网
拖动针尖带着薄片到载网止点，落下并固定到支柱，再分离针尖。
你会看到： 接触载网和已经固定好，是两种状态。
06
给最后一遍留够材料
先加工两面，再用低能束收尾。检查厚度是否在 60 到 150 纳米、每面受影响层是否不超过 5 纳米。
你会看到： 后来调参数改不了先前的一遍；一旦铣穿，这片样品就无法恢复。

核心数学模型

从两面各移除一层

由移除体积计算离子数

两层表面之间还剩多少内部

常见难点

教学参数

动手实验

区分损伤与注入原子

同样薄，内部未必一样

从块体开始

让针尖接住薄片

把支撑交给载网

给最后一遍留够材料