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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

時(shí)間:2023-12-26閱讀:580

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(duì)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(duì)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(duì)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(guò)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(guò)程中所帶來(lái)的問(wèn)題,將樣品在一臺(tái)設(shè)備中進(jìn)行各類(lèi)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(wèn)題及工作流依然沒(méi)有很好的解決方案。

【成果簡(jiǎn)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(wú)縫切換的關(guān)鍵問(wèn)題。系統(tǒng)也無(wú)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(wú)視野盲區(qū)觀(guān)測(cè)樣品,尤其適用于復(fù)雜樣品表征。FusionScope系統(tǒng)中除了可以對(duì)樣品進(jìn)行SEM和AFM形貌表征,還可以對(duì)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(kāi)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(cè)量模式,MFM為磁學(xué)測(cè)量模式,EFM為靜電力測(cè)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?zhuān)珻為樣品臺(tái),D為旋轉(zhuǎn)平臺(tái),E為二次電子探測(cè)器。下圖當(dāng)樣品腔充氣打開(kāi)樣品腔門(mén)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(jí)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(hù)軟件應(yīng)用界面。


圖6. 上圖為將2D的SEM和AFM測(cè)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(cè)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(guò)聚焦電子束趁機(jī)所獲得的Pt納米線(xiàn)陣列,(B)在SEM的引導(dǎo)下,將AFM針尖精確地定位到納米線(xiàn)上方。


圖8. SEM對(duì)利用AFM針尖壓彎Pt納米線(xiàn)并撤回的連續(xù)過(guò)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(xiàn)所獲得的的力-距離曲線(xiàn)。(B)和(C)通過(guò)模型所獲得的納米線(xiàn)和AFM探針的力-形變曲線(xiàn)。

【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(guò)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(wú)法共享微區(qū)的問(wèn)題,又通過(guò)優(yōu)化AFM和SEM工作流給用戶(hù)提供了一個(gè)清晰簡(jiǎn)單的操作流程。FusionScope可以通過(guò)更換不同AFM探針,實(shí)現(xiàn)對(duì)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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