AFM/SEM二合一显微镜，一键触达感兴趣区域，三维形貌轻松表征！

发布日期：2024-04-09

在材料学和微纳器件等领域，微观结构对宏观性能起到关键作用。然而，在研究过程中，要对关键性微观区域的原位性能研究却困难重重。最常遇到的情况是：在SEM上找到了感兴趣的微区域，当把样品转移到AFM等设备上时，又需要很长的时间再找回相应的微区域进行表征。对于一些纳米级的微区域，后续表征时定位起来更加困难，甚至会错过相关微区域的表征。对于具有一定高度的微结构，即3D微结构，主流的表征手段仅仅能通过SEM对其形貌进行观察，而相关的三维形貌表征一般很难进行，为相关研究带来了不便。

针对上述难点，Quantum Design公司研发推出了联合共坐标AFM/SEM二合一显微镜-FusionScope。在FusionScope中，SEM和AFM通过其内置的共坐标系统进行结合。在使用过程中，只需要在SEM成像结果中点击相关位置，FusionScope就可以自动引导AFM探针到相关位置，然后进行AFM表征。为了满足不同的研究需要，FusionScope不仅可对微结构的三维结构进行成像，还可以对区域的电学、磁学和力学等性能进行表征。随着FusionScope设备的推出，已有多个课题组利用FusionScope在一些高水平的国际期刊发表了相关的研究成果。

FusionScope设备图片以及可以提供的微观表征手段

BaTiO₃陶瓷的晶界势垒研究

奥地利TDK公司与格拉茨技术大学（Graz University of Technology）合作，利用Quantum Design公司推出的AFM/SEM二合一显微镜-FusionScope对BaTiO₃陶瓷的晶界势垒进行了直接的测量，明确了晶界势垒能量变化的相关微观机理。相关成果发表在SCI期刊《Scripta Materialia》。

在3V的电压下FusionScope的a)原子自理显微镜（Atomic Force Microscopy, AFM）对样品形貌的成像效果和b) 静电力显微镜（Electrostatic Force Microscopy, EFM）下相同电压且同一区域的成像结果

通过FusionScope获得的（a）SiO₂含量为0%和（c）SiO₂含量为5%的BaTiO₃陶瓷样品的EFM结果。（b）和（d）为（a）和（c）同一微区的背散射电子成像结果

通过FusionScope获得的（a）EFM成像结果，（b）同一区域的背散射衍射（EBSD）结果和（c）该区域的背散射电子成像结果

3D等离子体纳米结构研究

格拉茨技术大学相关团队提出基于聚焦电子束诱导沉积（Focused Electron Beam Induced Deposition，FEBID）方法制备具有精确纳米尺度3D几何结构的等离子体纳米结构。在完成3D纳米结构的制备后，通过FusionScope对相应的3D纳米结构进行了原位几何尺寸的表征。根据FusionScope测量所获得的数据，对微结构的等离子性能进行模拟计算。通过对比发现，微结构的计算等离子表现与实验测量结果一致。相关结果在SCI期刊《Advanced Functional Materials》上发表。

制备、清除和3D加工能力展示。（a）气体注入系统（GIS）将金属气体前驱物分子（Me₂(acac)Au(III)）注入到基底附近，利用聚焦电子束形成在基底上形成沉积。（b-g）展示了FEBID制备复杂构型的3D纳米结构的能力。（h）为运用聚焦电子束去除碳的过程

不同平面结构的等离子体测量结果。（a）为利用FusionScopeTM的原位AFM测量的在制备后和清除后的微纳结构变化区别。（b）为通过原位AFM测量的在去除前后所制备纳米结构的体积变化。（c）为部分去除样品的STEM-EELS能谱。（d-l）为不同设计下的等离子体测量结果

利用FusionScopeTM获取用于模拟的数据。（a-b）在FusionScopeTM中利用SEM对AFM进行引导，在放置在TEM网格上的Au纳米线进行测量。（c）对FusionScopeTM所获得的数据和TEM所获得的数据进行相互验证。（d）FusionScopeTM测量Au纳米线的高度为24 nm，半峰宽为51 nm

人工骨骼样品微观表征研究

人工骨骼样品放置在FusionScope的样品台上。右方为FusionScope对人工骨骼的特定区域进行三维表征

FusionScope对样品的微结构三维形貌进行表征