离子切割测试装置和离子切割测试方法与流程

1.本技术涉及离子切割技术领域，特别是涉及一种离子切割测试装置和离子切割测试方法。

背景技术：

2.当需要对样品进行内部结构分析或者进行断面元素分析时，可采用离子束对样品进行切割以得到所需的断面。但在采用离子束对样品进行切割的过程中，离子到达样品表面后会形成电荷累积，使样品温度升高而对样品造成破坏，从而影响断面分析结果。

技术实现要素：

3.基于此，有必要针对离子束切割样品时容易破坏样品结构而影响断面分析结果的问题，提供一种离子切割测试装置和离子切割测试方法。
4.根据本技术的一个方面，提供一种离子切割测试装置，用于对样品进行切割，所述样品具有待切割区，所述离子切割测试装置包括：载台，用于承载所述样品；以及挡板，所述挡板遮挡于所述样品背向所述载台的一侧，且所述挡板上对应所述待切割区的位置设有缺口。
5.在一些实施例中，所述载台包括底座、用于承载所述样品的承载座以及锁紧机构；所述底座上设有凹槽，所述承载座可拆卸地设于所述凹槽内，所述锁紧机构用于将所述承载座锁紧于所述凹槽内。
6.在一些实施例中，所述锁紧机构包括设于所述凹槽内的紧固块以及贯穿所述凹槽的槽壁的锁紧组件；所述锁紧组件能够与所述紧固块抵接，以将所述紧固块锁紧于所述凹槽内。
7.在一些实施例中，所述底座上设有与所述凹槽连通的通孔；所述锁紧组件包括连接件、缓冲件以及锁紧螺钉，所述缓冲件位于所述通孔内，所述连接件的一端位于所述通孔内并与所述缓冲件抵接，另一端伸入所述凹槽内并与所述紧固块固定，所述锁紧螺钉锁紧于所述通孔背向所述凹槽的一端，且所述锁紧螺钉与所述缓冲件背向所述连接件的一端抵接。
8.在一些实施例中，所述离子切割测试装置还包括设于所述载台上的支撑架；所述挡板安装于所述支撑架上。
9.在一些实施例中，所述载台上设有多个第一安装位；所述支撑架能够可拆卸地安装于其中任一所述第一安装位。
10.在一些实施例中，所述支撑架上设有多个第二安装位；所述挡板能够可拆卸地安装于其中任一所述第二安装位。
11.在一些实施例中，所述挡板包括挡板主体和连接于所述挡板主体上的两个侧挡板，所述挡板主体与两个所述侧挡板之间形成所述缺口。
12.在一些实施例中，所述挡板主体上设有滑槽；所述侧挡板滑动连接于所述滑槽内。
13.根据本技术的另一个方面，提供一种离子切割测试方法，该离子切割测试方法采用如前述的离子切割测试装置对样品进行切割。
14.本技术实施例提供的离子切割测试装置，通过设置挡板对样品进行遮挡，并在挡板上对应待切割区的位置设置缺口，使得切割过程中，离子束能够通过缺口对样品的待切割区进行切割，而样品的待切割区周围的其他区域则被遮挡，基于此，能够减缓待切割区周围的其他区域因电荷累积而导致的升温，从而降低对样品造成的破坏，进而提升断面分析结果的准确度。
附图说明
15.图1示出了本技术一实施例中离子切割测试装置的俯视图；
16.图2示出了本技术一实施例中离子切割测试装置的工作状态示意图；
17.图3示出了本技术一实施例中离子切割测试装置的正视图；
18.图4示出了图3中a处的局部放大图；
19.图5示出了本技术一实施例中挡板的俯视图；
20.图6示出了图5中挡板的爆炸图。
21.附图标号说明：
22.10：
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样品
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31：
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挡板主体
23.20：
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载台
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311：
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滑槽
24.201：
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第一安装孔
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32：
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侧挡板
25.202：
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第一固定孔
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33：
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滑块
26.21：
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底座
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40：
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支撑架
27.211：
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凹槽
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41：
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支撑柱
28.212：
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通孔
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42：
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支撑板
29.22：
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承载座
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421：
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第二安装孔
30.23：
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紧固块
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50：
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离子束探头
31.24：
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连接件
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60：
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扫描电镜
32.25：
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缓冲件
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71：
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双面铜胶带
33.26：
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锁紧螺钉
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72：
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铜胶带
34.30：
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挡板
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x：
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第一方向
35.301：
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缺口
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y：
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第二方向
具体实施方式
36.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术。但是本技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似改进，因此本技术不受下面公开的具体实施例的限制。
37.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或
位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
38.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
39.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
40.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
41.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
42.聚焦离子束(focused ion beam，fib)是将离子源产生的离子束经过离子加速、聚焦后作用于样品表面的技术。该技术能通过强电流离子束对样品表面的原子进行剥离，实现微米级、纳米级的表面形貌加工。并且，通过离子激发样品表面原子的外围电子，再借助探测器收集电子信号，能够得到样品表面的形貌图像。
43.基于此，该技术可应用于各类金属材料、非金属材料的内部结构分析或者断面元素分析。具体是先采用大电流离子束对样品进行切割，得到待观测部位的断面，然后采用较小电流离子束将断面切割平整，再使用扫描电子显微镜(scanning electron microscope，sem)对断面进行拍照观察。
44.但在实际应用中，该技术面临切割效率与测试结果准确度难以协调的问题。以切割尺寸为长60μm、宽50μm、深4μm的样品为例，当切割电流设置为4na时，需要的切割时间为15小时58分钟；当切割电流设置为15na时，需要的切割时间为3小时49分钟；当切割电流设置为60na时，需要的切割时间为1小时7分钟。由此可见，随着切割电流增大，切割离子的能量增加，切割所需的时间减少，切割效率提高。因此，为了提高切割效率，需要尽可能地选择大电流进行切割。
45.而随着电流增大，成像离子的能量也增加，对样品表面的破坏性也增加。尤其对于非金属样品，因其导电性较差，电荷不易导出，切割所用的离子到达样品表面后很容易形成电荷累积，从而使样品表面温度升高，导致样品表面遭到破坏。以pet材质样品为例，当成像电流为4na时，成像后样品观察到表面无损伤；当成像电流为15na时，成像后观察到样品表
面有轻微损伤；当成像电流为60na时，成像后观察到样品表面损伤严重。
46.为解决上述问题，本技术提供一种离子切割测试装置，通过设置挡板对样品进行遮挡，并在挡板上设置缺口，使得离子束能通过该缺口而达到样品表面需要切割的区域完成切割。由于挡板的遮挡减少了切割过程中样品表面的电荷累积，从而降低了对样品造成的破坏。
47.图1示出了本技术一实施例中离子切割测试装置的俯视图。图2示出了本技术一实施例中离子切割测试装置的工作状态示意图，其中，图2未示出挡板。
48.参阅图1和图2，本技术一实施例提供了的离子切割测试装置，用于对样品10进行切割，样品10具有待切割区。样品10的材质包括是金属、玻璃或者塑料。离子切割测试装置包括载台20以及挡板30，载台20用于承载样品10，挡板30遮挡于样品10背向载台20的一侧，且挡板30上对应待切割区的位置设有缺口301。
49.本技术实施例提供的离子切割测试装置，通过设置挡板30对样品10进行遮挡，并在挡板30上对应待切割区的位置设置缺口301，使得切割过程中，离子束能够通过缺口301对样品10的待切割区进行切割，而样品10的待切割区周围的其他区域则被遮挡，基于此，能够减缓待切割区周围的其他区域因电荷累积而导致的升温，从而降低对样品10造成的破坏，进而提升断面分析结果的准确度。
50.由于样品10的材质可能是金属，也可能是非金属，例如玻璃、塑料，为保障样品10具有导电性，在切割测试过程中，需要在样品10的表面镀上导电层，例如pt，使样品10表面的电荷能够导出，利于电子信号收集，从而利于成像。并且，在将样品10放置在载台20上进行切割和测试时，为将样品10与载台20导通，需在载台20与样品10之间设置双面铜胶带71。对于绝缘体样品10，还可进一步设置另一层铜胶带72，该铜胶带72从载台20延伸至样品10背向载台20一侧的表面，从而更好地将电子导出。
51.可选地，离子切割测试装置还包括用于提供离子束的离子束探头50和用于成像观察的扫描电镜60，切割过程中，离子束探头50的延伸方向与样品10表面垂直，扫描电镜60相对离子束探头50倾斜，基于此，离子束在样品10表面切割后形成的断面与探头的延伸方向平行，扫描电镜60朝向该断面，从而获取断面图像。
52.图3示出了本技术一实施例中离子切割测试装置的正视图。
53.参阅图1和图3，在一些实施例中，载台20包括底座21、用于承载样品10的承载座22以及锁紧机构；底座21上设有凹槽211，承载座22可拆卸地设于凹槽211内，锁紧机构用于将承载座22锁紧于凹槽211内。通过将承载座22可拆卸地设于凹槽211内，再借助锁紧机构将承载座22锁紧于凹槽211内，能够实现承载座22的灵活拆装。
54.可选地，凹槽211沿第一方向x延伸，其中，当底座21放置于水平面上时，第一方向x与底座21的上表面平行。凹槽211贯通底座21的上表面，且凹槽211沿第一方向x的一端贯通底座21，凹槽211沿第一方向x的另一端未贯通底座21，如此，承载座22的底部可容纳于凹槽211内，承载座22的上部可伸出凹槽211外，且承载座22能沿第一方向x进出凹槽211，使得承载座22与底座21之间的可拆卸连接方便快捷。
55.进一步地，凹槽211的横截面形状底部尺寸较大而上部尺寸较小，例如梯形。基于此，凹槽211供承载座22沿第一方向x移动的同时，能够限制承载座22向上移动，从而避免位于承载座22上的样品10向上移动而与挡板30发生碰撞。
56.图4示出了图3中a处的局部放大图。
57.参阅图3和图4，在一些实施例中，锁紧机构包括设于凹槽211内的紧固块23以及贯穿凹槽211的槽壁的锁紧组件；锁紧组件能够与紧固块23抵接，以将紧固块23锁紧于凹槽211内。通过锁紧组件与紧固块23抵接，使得紧固块23抵紧位于凹槽211内的承载座22，实现承载座22在凹槽211内的固定。其中，紧固块23可选用树脂材料，保障硬度的同时，又可以减小摩擦，延长使用寿命。
58.进一步地，底座21上设有与凹槽211连通的通孔212；锁紧组件包括连接件24、缓冲件25以及锁紧螺钉26，缓冲件25位于通孔212内，连接件24的一端位于通孔212内并与缓冲件25抵接，另一端伸入凹槽211内并与紧固块23固定，锁紧螺钉26锁紧于通孔212背向凹槽211的一端，且锁紧螺钉26与缓冲件25背向连接件24的一端抵接。其中，连接件24具体可以是螺钉或者螺栓，缓冲件25具体可以是弹簧或者橡胶。通过将锁紧螺钉26向通孔212朝向凹槽211的一端拧紧，能够对缓冲件25产生朝向凹槽211方向的挤压力，使缓冲件25将挤压力传递至紧固块23，从而利用紧固件将承载座22抵紧于凹槽211内，实现承载座22在凹槽211内的固定。可选地，承载座22的一侧设置紧固块23，或者承载座22的两侧均设置紧固块23。
59.在一些实施例中，离子切割测试装置还包括设于载台20上的支撑架40；挡板30安装于支撑架40上。通过在载台20上设置支撑架40，为挡板30提供安装位置，使得挡板30能够稳定地对样品10进行遮挡。
60.可选地，载台20上多个第一安装位；支撑架40能够可拆卸地安装于其中任一第一安装位。例如，多个安装位沿第一方向x间隔设置。其中，第一安装位的数量可为两个、三个、四个、五个、六个或者更多个。基于此，能够对挡板30的位置进行灵活地调整，从而根据需要对样品10的特定部位进行遮挡。
61.可选地，支撑架40包括两个支撑柱41和连接于两个支撑柱41之间的支撑板42，两个支撑柱41分别与载台20的相对两侧边缘连接，支撑板42与载台20的上表面平行，挡板30安装于支撑板42上，以对载台20上的样品10进行遮挡。
62.进一步地，参阅图1和图3，载台20沿第二方向y相对的两侧边缘均设有第一安装孔201和第一固定孔202，其中，载台20具有沿自身厚度方向相对的上表面和下表面，第二方向y与第一方向x垂直，且第二方向y与载台20的上表面平行。第一安装孔201沿垂直于载台20上表面的方向延伸，并贯通载台20的上表面和下表面，一个第一安装孔201对应一个第一安装位；第一固定孔202沿平行于载台20的上表面的方向延伸，且第一固定孔202贯通载台20的侧表面并与第一安装孔201连通。基于此，将支撑架40的支撑柱41插入第一安装孔201，将螺钉或者螺栓插入第一固定孔202并拧紧，即可实现支撑架40的安装固定。并且，通过调整支撑柱41插入的深度，再在对应的深度处通过螺钉或者螺栓拧紧固定，可实现支撑板42高度的调节，即实现挡板30高度的调节，从而调整挡板30与样品10之间的间距，且能够对不同厚度的样品10进行遮挡。
63.在一些实施例中，支撑架40上设有多个第二安装位；挡板30能够可拆卸地安装于其中任一第二安装位。通过在支撑架40上设置多个第二安装位，使得挡板30能够更灵活地调整安装位置，以根据需求对样品10的特点位置进行遮挡。
64.可选地，多个第二安装位沿第二方向y间隔排布。基于此，通过沿第一方向x调整支撑架40的安装位置，沿第二方向y调整挡板30的安装位置，沿垂直于载台20上表面的方向调
整支撑板42的高度，能够灵活地调整挡板30在三维空间上的位置。
65.进一步地，支撑架40的支撑板42沿第二方向y延伸，支撑板42上沿第二方向y间隔设有多个第二安装孔421，一个第二安装孔421对应一个第二安装位；基于此，通过螺钉或者螺栓与第二安装孔421的配合，能够将挡板30安装在任一第二安装孔421处。其中，第二安装孔421的数量为两个、三个、四个、五个、六个、七个或者更多个。
66.图5示出了本技术一实施例中挡板的俯视图。图6示出了图5中挡板的爆炸图。
67.参阅图1、图5和图6，在一些实施例中，挡板30包括挡板30主体和连接于挡板30主体上的两个侧挡板32，挡板30主体与两个侧挡板32之间形成缺口301。基于此，通过对两个侧挡板32的长度及间距的设计，可实现缺口301尺寸的设计。可选地，挡板30的厚度为2mm，挡板30主体的宽度为1cm，以获得较好的遮挡效果。
68.可选地，挡板30朝向载台20的一侧表面设置为与水平面平行，挡板30背向载台20的一侧表面设置为相对水平面倾斜，例如，挡板30背向载台20的一侧表面相对水平面倾斜的角度为15
°‑
25
°
，以减小成像过程中挡板30与样品10交界处的高度差，从而利于对样品10表面进行对焦。
69.可选地，挡板30的材质为金属，例如钨铜，以获得较好的遮挡效果，并延长挡板30的使用寿命。
70.可选地，挡板30主体上设有滑槽311；侧挡板32滑动连接于滑槽311内。基于此，通过沿滑槽311的延伸方向滑动侧挡板32，即可调整两个侧挡板32之间的间距，操作方便快捷。
71.进一步地，侧挡板32上设有滑块33，该滑块33与挡板30主体上的滑槽311相匹配，从而实现侧挡板32与挡板30主体之间的滑动连接。其中，滑块33与侧挡板32可设置为一体成型，以简化工艺。
72.参阅图1至图3，在一具体实施例中，离子切割测试装置的使用方法包括：将样品10与载台20进行定位、在样品10表面镀导电层、对样品10进行切割测试。
73.具体地，先裁出需要测试的样品10，并将载台20上的支撑架40升高；然后将样品10放置于载台20的承载座22上，并调整样品10、支撑架40、挡板30的位置，使需要切割的位置处于挡板30的缺口301内之后，将挡板30锁紧固定；再利用导电胶将样品10粘接固定在承载座22上，完成了样品10与挡板30之间的定位，也就是说，以承载座22的上表面作为基准面，样品10在基准面上的正投影与挡板30在基准面上的正投影之间的相对位置固定。基于此，在不改变挡板30在基准面上的正投影与底座21在基准面上的正投影之间的相对位置、样品10与承载座22的相对位置的情况下，将承载座22从底座21上取下又放回原位后，不会改变样品10在基准面上的正投影与挡板30在基准面上的正投影之间的相对位置。
74.完成样品10与挡板30之间的定位后，先将支撑架40升高，并将承载座22连同样品10从底座21上取下；然后在不改变样品10与承载座22的相对位置的情况下，在样品10的表面镀上金属导电层；接着将承载座22连同样品10放回承载座22，并将支撑架40降下，使挡板30与样品10的上表面相接触；再将载台20送入fib区域进行切割测试。
75.切割测试的过程中，先挡板30作为切割范围的参照物，对缺口301范围内的样品10表面进行粗切；然后将载台20从fib区域取出，并将支撑架40连同挡板30拆下；接着将载台20再次送入fib区域，并以较小的电流进行细切；再对断面进行观察拍照。
76.需要注意的是，由于样品10的切割位置是根据特定的测试需求所确定的，使得切割的位置需要依据样品10内部结构特点进行精确定位。而在相关技术中，fib通过二次电子对样品10表面进行成像时，样品10的表面设有透明的膜层，使得样品10内部的结构无法成像，从而导致难以观察内部结构并依据内部结构确定切割位置。目前，针对此问题的解决方案是，预先通过光学显微镜观察样品10内部结构，确定切割位置到样品10边缘的距离，再在切割测试过程中通过测量距离的方式对切割位置进行定位。但测量定位花费时间较长，利用光学显微镜与fib配合测量所需的时间长达20分钟，并且，测量过程会出产生误差，导致定位失败的概率高达50％。
77.而本技术实施例提供的离子切割测试装置，由于挡板30的设置，使得样品10的定位可以借助挡板30实现，定位所花费的时间较短，通常在2分钟内即可完成定位，且定位失败的概率接近0，节省了切割前的定位时间，从而提高切割测试效率。
78.另外，在相关技术中，未使用挡板30的情况下，为减轻切割过程对样品10造成的损坏，只能使用小电流进行粗切。以切割尺寸为长60μm、宽50μm、深40μm的样品10为例，在15na电流下进行粗切，所花费的时间为3小时49分钟。
79.而本技术实施例中使用挡板30的情况下，以大电流进行粗切，也能保障对样品10造成的损坏程度叫轻。同样以切割尺寸为长60μm、宽50μm、深40μm的样品10为例，在0.2μa电流下进行粗切，所花费的时间为22分钟，从而在保障对样品10损坏程度较轻的情况下，进一步提高切割测试效率。
80.基于同样的发明目的，本技术还提供一种离子切割测试方法，该离子切割测试方法采用上述实施例中的离子切割测试装置对样品进行切割。
81.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
82.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：

1.一种离子切割测试装置，用于对样品进行切割，所述样品具有待切割区，其特征在于，所述离子切割测试装置包括：载台，用于承载所述样品；以及挡板，所述挡板遮挡于所述样品背向所述载台的一侧，且所述挡板上对应所述待切割区的位置设有缺口。2.根据权利要求1所述的离子切割测试装置，其特征在于，所述载台包括底座、用于承载所述样品的承载座以及锁紧机构；所述底座上设有凹槽，所述承载座可拆卸地设于所述凹槽内，所述锁紧机构用于将所述承载座锁紧于所述凹槽内。3.根据权利要求2所述的离子切割测试装置，其特征在于，所述锁紧机构包括设于所述凹槽内的紧固块以及贯穿所述凹槽的槽壁的锁紧组件；所述锁紧组件能够与所述紧固块抵接，以将所述紧固块锁紧于所述凹槽内。4.根据权利要求3所述的离子切割测试装置，其特征在于，所述底座上设有与所述凹槽连通的通孔；所述锁紧组件包括连接件、缓冲件以及锁紧螺钉，所述缓冲件位于所述通孔内，所述连接件的一端位于所述通孔内并与所述缓冲件抵接，另一端伸入所述凹槽内并与所述紧固块固定，所述锁紧螺钉锁紧于所述通孔背向所述凹槽的一端，且所述锁紧螺钉与所述缓冲件背向所述连接件的一端抵接。5.根据权利要求1所述的离子切割测试装置，其特征在于，所述离子切割测试装置还包括设于所述载台上的支撑架；所述挡板安装于所述支撑架上。6.根据权利要求5所述的离子切割测试装置，其特征在于，所述载台上设有多个第一安装位；所述支撑架能够可拆卸地安装于其中任一所述第一安装位。7.根据权利要求5所述的离子切割测试装置，其特征在于，所述支撑架上设有多个第二安装位；所述挡板能够可拆卸地安装于其中任一所述第二安装位。8.根据权利要求1-7任一项所述的离子切割测试装置，其特征在于，所述挡板包括挡板主体和连接于所述挡板主体上的两个侧挡板，所述挡板主体与两个所述侧挡板之间形成所述缺口。9.根据权利要求8所述的离子切割测试装置，其特征在于，所述挡板主体上设有滑槽；所述侧挡板滑动连接于所述滑槽内。10.一种离子切割测试方法，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的离子切割测试装置对样品进行切割。

技术总结

本申请涉及一种离子切割测试装置和离子切割测试方法，离子切割测试装置用于对样品进行切割，样品具有待切割区，离子切割测试装置包括载台和挡板，载台用于承载样品，挡板遮挡于样品背向载台的一侧，且挡板上对应待切割区的位置设有缺口。该离子切割测试装置能够降低切割过程对样品造成的破坏，从而提升断面分析结果的准确度。结果的准确度。结果的准确度。