PFIB顯微鏡是一款雙束電鏡，它可以簡單理解為單束聚焦離子束系統與普通SEM的耦合。單束聚焦離子束系統由離子源、離子光學柱、束描畫系統、信號采集系統和樣品臺五個部分構成。離子源設置在離子束鏡筒的頂端，在其上加較強的電場可以抽取出帶正電荷的離子，這些離子通過靜電透鏡及偏轉裝置的聚焦和偏轉來實現對樣品的可控掃描。樣品加工是通過將加速的離子轟擊樣品使其表面原子發生濺射來實現，同時產生的二次電子和二次離子被相應的探測器收集并用于成像。為了避免離子束受周圍氣體分子的影響，與掃描電鏡類似，樣品腔和離子束鏡筒需要在高真空條件下工作。
常見的PFIB顯微鏡是電子束垂直安裝，離子束與電子束成一定夾角安裝。通常稱電子束和離子束聚焦平面的交點為共心高度位置。在使用過程中樣品處于共心高度的位置即可同時實現電子束成像和離子束加工，并可以通過樣品臺的傾轉使樣品表面與電子束或離子束垂直。顯微鏡還可以配備不同的附屬設備以達到特定目的，如：特定的氣體注入系統(GIS)，能譜或電子背散射衍射系統，納米操縱儀和各種可控的樣品臺。
PFIB顯微鏡離子源是雙束系統中的關鍵部件，是產生離子束的裝置。離子源的關鍵技術指標包括：離子束流強度范圍，離子能量范圍，最小束斑尺寸，發射離子的穩定性，使用壽命等。這些技術指標往往決定了整個離子束設備的性能和加工工藝水平。因此，聚焦離子束加工系統的發展與離子源的開發密切相關。目前可用的離子源包括：液態金屬離子源，可以用于液態金屬離子源的元素包括Al、As、Au、B、Be、Bi、Cs、Cu、Ga、Ge、Fe、In、Li、Pb、P、Pd、Si、Sn、U和Zn等；氣體場離子化源(GFIS)，例如，用He+可獲得10nm以下的刻蝕線；電感耦合等離子體源(ICP)，通過使用惰性氣體或其它活性氣體可以實現大范圍的加工速率；液態金屬合金離子源(LMAISS)，可利用周期表中相當大范圍的元素，能夠實現納米尺度上的加工和摻雜等新功能。
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