封面文章！原位聯(lián)合顯微分析新突破，一臺(tái)設(shè)備實(shí)現(xiàn)多種顯微表征模式

更新時(shí)間：2023-12-26

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論文題目：A Highly Integrated AFM-SEM Correlative Analysis Platform
發(fā)表期刊：Microscopy TODAY
DOI：https://doi.org/10.1093/mictod/qaad083

【引言】

在聯(lián)合顯微分析領(lǐng)域，科學(xué)家們通常使用不同的現(xiàn)代顯微分析手段對同一樣品的物理性能進(jìn)行表征。相比于單一的表征手段，聯(lián)合顯微分析可以對樣品進(jìn)行更全面、更綜合的性能表征。目前，聯(lián)合顯微分析手段主要為：首先對樣品進(jìn)行光學(xué)/電子顯微成像（SEM）；其次，在顯微成像的基礎(chǔ)上，通過原子力顯微鏡（AFM）表征樣品，最終獲得樣品的二維，三維，甚至四維的信息。隨著原位聯(lián)合顯微分析的發(fā)展，為了減少樣品在不同表征設(shè)備間轉(zhuǎn)移過程中所帶來的問題，將樣品在一臺(tái)設(shè)備中進(jìn)行各類微區(qū)表征的需求日益增加。然而，在不同表征方式間微區(qū)定位問題及工作流依然沒有很好的解決方案。

【成果簡介】

近日，Quantum Design Microscopy團(tuán)隊(duì)基于現(xiàn)有的原位聯(lián)合顯微分析的需求，推出了成熟的FusionScope多功能顯微鏡。在FusionScope中，利用自主研發(fā)的共坐標(biāo)系統(tǒng)讓SEM實(shí)時(shí)、快速、精準(zhǔn)導(dǎo)航AFM針尖，創(chuàng)新性地實(shí)現(xiàn)了SEM和AFM的精準(zhǔn)微區(qū)定位。同時(shí)團(tuán)隊(duì)優(yōu)化了設(shè)備的SEM和AFM工作流，解決了AFM和SEM原位無縫切換的關(guān)鍵問題。系統(tǒng)也無需轉(zhuǎn)移樣品，原位進(jìn)行-10°-80° AFM與樣品臺(tái)同時(shí)旋轉(zhuǎn)，全程無視野盲區(qū)觀測樣品，尤其適用于復(fù)雜樣品表征。FusionScope系統(tǒng)中除了可以對樣品進(jìn)行SEM和AFM形貌表征，還可以對樣品進(jìn)行力學(xué)性能表征（FIRE），磁學(xué)性能表征（MFM）, 導(dǎo)電原子力顯微表征（c-AFM），靜電力標(biāo)準(zhǔn)（EFM）和開爾文顯微表征（KPFM）。相關(guān)工作以《A Highly Integrated AFM-SEM Correlative Analysis Platform 》為題在顯微表征領(lǐng)域?qū)I(yè)SCI期刊《Microscopy TODAY 》上發(fā)表。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1. FusionScope及組成模塊介紹：（A）FusionScope緊湊型的整體設(shè)計(jì)，（B）AFM-SEM公用的樣品腔及多種表征模式，和（C）AFM-SEM聯(lián)合共坐標(biāo)系統(tǒng)示意圖。（B）中SEM為掃描電子顯微鏡；AFM為原子力顯微鏡，Static為靜態(tài)模式，Dynamic為動(dòng)態(tài)模式，F(xiàn)IRE為力學(xué)測量模式，MFM為磁學(xué)測量模式，EFM為靜電力測量模式。

圖2. FusionScope及主要組成部件。上圖中A為AFM模塊，B為SEM電子槍，C為樣品臺(tái)，D為旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，E為二次電子探測器。下圖當(dāng)樣品腔充氣打開樣品腔門后，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)可以向前滑出，方便更換樣品。

圖3. （A）傾斜角為0度和（B）80度時(shí)的SEM成像示意圖。（C）下面三張圖為在不同基底上不同探針，在傾斜后的SEM成像結(jié)果。

圖4. 上圖AFM探針在刀片邊緣的SEM圖像，中圖為刀片邊緣的AFM圖像，下圖為從中圖的不同位置所獲得的具有納米級分辨率的刀片邊緣鋒利度信息。

圖5. FusionScopeTM將SEM和AFM操作整合在一起的用戶軟件應(yīng)用界面。

圖6. 上圖為將2D的SEM和AFM測量結(jié)果組合在一起的表征結(jié)果，下圖為上圖方框區(qū)域內(nèi)的3D表征結(jié)果。測試所用的樣品具有周期性圓形凹坑結(jié)構(gòu)，高坑結(jié)構(gòu)直徑約為5 μm，深度約為600 nm。

圖7. （A）通過聚焦電子束趁機(jī)所獲得的Pt納米線陣列，（B）在SEM的引導(dǎo)下，將AFM針尖精確地定位到納米線上方。

圖8. SEM對利用AFM針尖壓彎Pt納米線并撤回的連續(xù)過程進(jìn)行記錄。

圖9. （A）在SEM進(jìn)行錄像的條件下，在AFM針尖壓納米線所獲得的的力-距離曲線。（B）和（C）通過模型所獲得的納米線和AFM探針的力-形變曲線。

【結(jié)論】

從論文中不難看出Quantum Design公司推出的FusionScope多功能顯微鏡，通過共坐標(biāo)系統(tǒng)，解決了原位聯(lián)合顯微分析中不同表征方式無法共享微區(qū)的問題，又通過優(yōu)化AFM和SEM工作流給用戶提供了一個(gè)清晰簡單的操作流程。FusionScope可以通過更換不同AFM探針，實(shí)現(xiàn)對樣品三維形貌，力學(xué)性能，電學(xué)性能和磁學(xué)性能的綜合物性表征，廣泛適用于材料學(xué)，MEMS，芯片等領(lǐng)域的研究。

樣機(jī)體驗(yàn)：

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1、FusionScope多功能顯微鏡

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