其中，氙离子束的工作原理是：将氙气从气瓶引入等离子体室，通过射频(RF)发生器和螺旋天线施加高频电磁场，使气体原子（Xe）电离，剥离外层电子，形成 Xe⁺ 离子等离子体。拔出电极（Extractor Plate）被施加负偏压，以吸引带正电的 Xe⁺ 离子，使其通过光阑孔进入离子束镜筒的后续部分。Xe⁺离子束在高压电场作用下加速，通过静电透镜系统聚焦成纳米级束斑；再通过扫描偏转系统（电磁或静电偏转器）精确控制Xe⁺离子束在样品表面扫描。高能 Xe⁺离子在扫描过程中与样品发生相互作用，通过物理溅射（Sputtering）移除材料，进而实现材料的微纳加工（如横截面切割、TEM 样品制备等）。PFIB和传统的Ga+ FIB 的主要区别如表1所示。值得一提的是，虽然PFIB的离子束图像分辨率为~20nm（30kV），和Ga+ FIB 的4 nm相比偏低，但是由于采用了相同的高分辨电子束镜筒，因此PFIB的电子束SEM图像分辨率并未折损。

表1 传统FIB和PFIB的比较（注：图像分辨率以ThermoFisher Scientific, Helios 5 CX/CXe系列为例）

PFIB采用氙离子替代镓离子源，除了带来更快的加工速率，还可以从根本上解决传统FIB加工存在的某些问题。首先，某些材料用传统FIB加工时存在镓离子注入/偏聚的问题，例如铝合金，由于镓在铝合金中溶解度较低，因此用传统Ga+ FIB制备铝合金透射样品时，镓离子会在铝合金晶界偏聚，严重影响制样效果[1]；而相同电压条件下，氙离子在铝合金中的注入深度更浅，且不存在晶界偏聚的问题，因此用PFIB可以制备出高质量、无偏析的铝合金透射样品。另外，PFIB在加工含Ga材料时，也有极大优势，例如GaN、 GaAs等，PFIB可以制备出无损的含Ga材料透射样品.