封面文章！原位联合显微分析新突破，一台设备实现多种显微表征模式
发布日期：2023-12-15
论文题目：A Highly Integrated AFM-SEM Correlative Analysis Platform
发表期刊：Microscopy TODAY
DOI：https://doi.org/10.1093/mictod/qaad083
【引言】
在联合显微分析领域，科学家们通常使用不同的现代显微分析手段对同一样品的物理性能进行表征。相比于单一的表征手段，联合显微分析可以对样品进行更全面、更综合的性能表征。目前，联合显微分析手段主要为：首先对样品进行光学/电子显微成像（SEM）；其次，在显微成像的基础上，通过原子力显微镜（AFM）表征样品，最终获得样品的二维，三维，甚至四维的信息。随着原位联合显微分析的发展，为了减少样品在不同表征设备间转移过程中所带来的问题，将样品在一台设备中进行各类微区表征的需求日益增加。然而，在不同表征方式间微区定位问题及工作流依然没有很好的解决方案。
【成果简介】
近日，Quantum Design Microscopy团队基于现有的原位联合显微分析的需求，推出了成熟的FusionScope多功能显微镜。在FusionScope中，利用自主研发的共坐标系统让SEM实时、快速、精准导航AFM针尖，创新性地实现了SEM和AFM的精准微区定位。同时团队优化了设备的SEM和AFM工作流，解决了AFM和SEM原位无缝切换的关键问题。系统也无需转移样品，原位进行-10°-80° AFM与样品台同时旋转，全程无视野盲区观测样品，尤其适用于复杂样品表征。FusionScope系统中除了可以对样品进行SEM和AFM形貌表征，还可以对样品进行力学性能表征（FIRE），磁学性能表征（MFM）, 导电原子力显微表征（c-AFM），静电力标准（EFM）和开尔文显微表征（KPFM）。相关工作以《A Highly Integrated AFM-SEM Correlative Analysis Platform》为题在显微表征领域专业SCI期刊《Microscopy TODAY》上发表。
【图文导读】
图1. FusionScope及组成模块介绍：（A）FusionScope紧凑型的整体设计，（B）AFM-SEM公用的样品腔及多种表征模式，和（C）AFM-SEM联合共坐标系统示意图。（B）中SEM为扫描电子显微镜；AFM为原子力显微镜，Static为静态模式，Dynamic为动态模式，FIRE为力学测量模式，MFM为磁学测量模式，EFM为静电力测量模式。
图2. FusionScope及主要组成部件。上图中A为AFM模块，B为SEM电子枪，C为样品台，D为旋转平台，E为二次电子探测器。下图当样品腔充气打开样品腔门后，旋转平台可以向前滑出，方便更换样品。
图3. （A）倾斜角为0度和（B）80度时的SEM成像示意图。（C）下面三张图为在不同基底上不同探针，在倾斜后的SEM成像结果。
图4. 上图AFM探针在刀片边缘的SEM图像，中图为刀片边缘的AFM图像，下图为从中图的不同位置所获得的具有纳米级分辨率的刀片边缘锋利度信息。
图5. FusionScopeTM将SEM和AFM操作整合在一起的用户软件应用界面。
图6. 上图为将2D的SEM和AFM测量结果组合在一起的表征结果，下图为上图方框区域内的3D表征结果。测试所用的样品具有周期性圆形凹坑结构，高坑结构直径约为5 μm，深度约为600 nm。
图7. （A）通过聚焦电子束沉积所获得的Pt纳米线阵列，（B）在SEM的引导下，将AFM针尖精确地定位到纳米线上方。
图8. SEM对利用AFM针尖压弯Pt纳米线并撤回的连续过程进行记录。
图9. （A）在SEM进行录像的条件下，在AFM针尖压纳米线所获得的的力-距离曲线。（B）和（C）通过模型所获得的纳米线和AFM探针的力-形变曲线。
【结论】
从论文中不难看出Quantum Design公司推出的FusionScope多功能显微镜，通过共坐标系统，解决了原位联合显微分析中不同表征方式无法共享微区的问题，又通过优化AFM和SEM工作流给用户提供了一个清晰简单的操作流程。FusionScope可以通过更换不同AFM探针，实现对样品三维形貌，力学性能，电学性能和磁学性能的综合物性表征，广泛适用于材料学，MEMS，芯片等领域的研究。
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