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(tǒng)與普通SEM的耦合。單束聚焦離子束系統(tǒng)由離子源、離子光學(xué)柱、束描畫系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)和樣品臺五個部分構(gòu)成。離子源設(shè)置在離子束鏡筒的頂端，在其上加較強(qiáng)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(zhuǎn)裝置的聚焦和偏轉(zhuǎn)來實現(xiàn)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(fā)生濺射來實現(xiàn)，同時產(chǎn)生的二次電子和二次離子被相應(yīng)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(xiàn)電子束成像和離子束加工，并可以通過樣品臺的傾轉(zhuǎn)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(shè)備以達(dá)到特定目的，如：特定的氣體注入系統(tǒng)(GIS)，能譜或電子背散射衍射系統(tǒng)，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(tǒng)中的關(guān)鍵部件，是產(chǎn)生離子束的裝置。離子源的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)包括：離子束流強(qiáng)度范圍，離子能量范圍，最小束斑尺寸，發(fā)射離子的穩(wěn)定性，使用壽命等。這些技術(shù)指標(biāo)往往決定了整個離子束設(shè)備的性能和加工工藝水平。因此，聚焦離子束加工系統(tǒng)的發(fā)展與離子源的開發(fā)密切相關(guān)。目前可用的離子源包括：液態(tài)金屬離子源，可以用于液態(tài)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(xiàn)大范圍的加工速率；液態(tài)金屬合金離子源(LMAISS)，可利用周期表中相當(dāng)大范圍的元素，能夠?qū)崿F(xiàn)納米尺度上的加工和摻雜等新功能。
