针对小样品或样品局部区域的精确表面修改，聚焦离子束（FIB）技术展现出强大能力。FIB系统能够实现复杂图案和亚微米细节的覆盖，其应用广泛，涵盖掩模修复、电路修改、半导体接触形成、AFM探针制造、无掩模光刻和TEM样品制备等多个领域。FIB不仅支持材料的沉积，还能选择性地进行蚀刻。

在微纳加工中，FIB系统通过引入气体喷嘴和注入反应性中性气体，以提高蚀刻效率并减少样品溅射中再沉积材料的数量。这种气体辅助离子束蚀刻方法在半导体领域尤为重要，能够显著提高蚀刻率，特别是在硅的蚀刻过程中，氟基气体能够与硅表面自发或在离子束作用下发生反应，生成挥发性化合物。XeF2气体在硅蚀刻中的应用展示了该技术的高效性，通过重组去除SiF2层，形成SiF4(g)，从而增加了硅的去除率。

除了硅，FIB系统还能高效地蚀刻金属，如铝和钨。铝通常使用氯或碘，因其易于使用且能形成挥发性产品，而钨则更倾向于使用XeF2气体，因为其产物WF6在热动力学上是稳定的。对于二氧化硅的蚀刻，XeF2气体是首选，因为它在蚀刻过程中与二氧化硅表面不发生化学吸附，仅在初始低浓度下发生物理吸附。这种气体与硅表面的反应有助于去除二氧化硅材料。

在碳基材料的蚀刻过程中，卤化物材料作为蚀刻增强剂可以解决许多材料的刻蚀问题。然而，卤化物并非通用蚀刻剂，对于有机碳基材料存在限制。水蒸气被发现是一种非常有效的蚀刻增强材料，特别是在聚合物和生物样品的蚀刻中。水蒸气不仅提高了蚀刻速率，还能在蚀刻过程中创造电子隔离的切口，通过氧化溅射的金属，使其变得不导电。

在某些情况下，加入气体不仅没有加速蚀刻，甚至可能抑制蚀刻过程。这可能由于气体不与基材反应，或其产生的溅射率与基材相同。抑制蚀刻通常需要气体与样品发生反应，形成不挥发的产品或具有高结合能的产品。例如，水蒸气对金、铝和硅的蚀刻率影响各不相同，金不受水的影响，铝和硅的蚀刻率因加入水而显著降低。

在蚀刻过程中，离子束会对样品表层产生影响，改变其特性。对于现代Si基半导体器件，特别是在特征尺寸小于20nm的情况下，FIB诱导的非晶层的深度是一个限制因素。通过使用气体辅助蚀刻、低能量FIB、氩离子研磨等技术，可以减少这种损伤，提高TEM样品的质量。降低离子束能量和使用宽束离子研磨可以减少FIB诱导的非晶层厚度，改善TEM样品的图像质量。

总之，FIB技术结合气体辅助蚀刻方法，为半导体工程师提供了精确、高效地修改样品表面的强大工具，不仅支持材料的沉积，还能实现精确的蚀刻，适用于多种材料和应用领域。通过优化蚀刻过程和减少样品损伤，FIB系统为半导体行业的发展和技术创新提供了关键支持。