Quantum Design-扫描电镜专用原位AFM探测系统

扫描电镜专用原位AFM探测系统

AFSEM™—使AFM和SEM合二为一

奥地利GETec公司发布的AFSEM是一款紧凑型，适用于真空环境的AFM（原子力显微镜）模块，能够轻松地将两种强大的分析技术— —AFM和SEM结合为一体，地扩展了SEM扫描电镜的样品成像和分析能力。AFSEM技术与SEM技术的结合，使得人们对微观世界和纳米世界新探索新发现成为可能。

SEM结合AFM解决方案：

* 扫描电镜中进行AFM原位分析

* 使用SCL的自感悬臂技术的纳米探针

* 无需激光和探测器，适用于任何样品表面

* 与大多数SEM兼容而不妨碍正常的操作

* AFM和SEM协同并行分析

扫描电镜中进行原位AFM分析

AFSEM技术实现了AFM和SEM的功能性互补，让SEM可以同时实现样品的高分辨率成像，真实的三维形貌，精确的高度，距离测量，甚是材料的导电性能。做到这一点只需要将AFSEM悬臂探针（点击查看详情）的位置移动到SEM下需要观察的样品位置进行探测。优化的AFSEM工作流程(几乎没有减少SEM的扫描时间)确保了高的效率。提供的强大控制软件则允许进行优化和直观的测量、系统处理和数据分析。

AFSEM可与大多数SEM兼容

GETec的AFSEM适用于大多数SEM或双光束(SEM/FIB)系统。可以直接安装在系统腔室的仓门上，同时样品台保持不变。此外，AFSEM采用一种自感应悬臂探针，无需激光与传感器。 AFSEM在电镜中，夹持探针的悬臂梁只需要极靴与样品之间4.5毫米的空间。因此，AFSEM可以与各种标准的SEM兼容，GETec公司能够处理任何兼容SEM系统真空腔内的安装。也正是这种优雅小巧的设计使得扫描电子显微镜能够配合AFM技术实现的亚纳米级的形貌探测。

成功的AFSEM集成的例子(可参见集成SEM列表list.pdf )

SEM-AFM 协同分析

对于产品或材料分析，通常需要用多种技术分析一个样品或者同一个器件，并寻找参数之间的相关性。如果样品需要使用SEM和AFM这两种的成像技术，就意味着我们需要找到感兴趣的区域并定位它，再拿到另一个设备中寻找这个感兴趣的区域，才能实现对同样的区域进行分析。有什么能比直接把AFM放在SEM里面来的简单呢？

AFSEM与SEM分析技术紧密配合

由于AFSEM小巧的设计维护了SEM功能的完整性，可以实现与其他标准的扫描电镜分析技术相结合同时使用，如常规FIB、FEBID和EDX，以及SEM中可搭配的拉伸机，应力测试，机械手等等。

新型号：AFSEM nano——更小尺寸，更适配！

■ AFSEM采用的自感应探针（self-sensing cantilevers）：

奥地利SCL-Sensor.Tech公司主要生产硅基压阻式自感应探针，避免了常规AFM需要光路进行探测的模式，拓宽AFM在纳米探测、力测量和其他场合的应用。

自检测悬臂配备全压阻电桥直接测量悬臂信号电，从而消除常规原子力显微镜光学信号探测对仪器空间的要求。两个可变电阻分别位于微悬臂和芯片上。整个结构连接到一个小的PCB板上，可实现快速和高重复性的探针交换。感应到的信号通过一个前置放大电路读出和放大。这使得与各种仪器，如SEM，TEM和许多其他测量系统，可以轻松无缝地集成。自感应探针具有各种谐振频率和弹簧常数。

详情请点击 全新压电阻自感应悬臂梁AFM探针。

Self-Sensing Cantilevers with Silicon Tip

Silicon tip radius:<15nm
Cantilever length: 70-300 µm
Frequencies: 30-1300 kHz
Stiffness: 1-400 N/m
Applications: AFM,nanoprobing,force measurement, ...

Self-Sensing Cantilever without Tip (Tipless)

Tip: tipless
Cantilever length : 100-450 µm
Frequency: 14-550 kHz
Stiffness: 0.5-170 N/m
Applications: torque magnetometry (e.g. in a PPMS), gas/media properties, force measurement, experimental tip mounting,...

Self-Sensing Cantilevers with SCD Tip

SCD-tip radius:<10 nm
Cantilever length: 100-450 µm
Frequency: 14-550 kHz
Stiffness: 0.5-170 N/m
Applications: AFM, nanoindentation, ...

■ 纳米压痕分析

SEM广泛用于研究纳米压痕检测后的表面结构表征。SEM的大视场与纳米分辨率相结合，可以检测裂纹形成的早期阶段、滑动台阶和其他表明材料表面失效开始的表面缺陷。然而，定量测量样品的高度不能通过SEM进行表征。AFM是用于纳米压痕定量分析的工具，但通常缺乏在样品大范围筛选的能力。借助AFSEM^®，SEM和 AFM 可以共同对纳米压痕结果进行全面表征，以对纳米压痕进行相关的原位分析。

→ 原位SEM与AFM、纳米压痕仪三者联用

→ 无需将样品在AFM系统与SEM系统之间反复转移即可对多次纳米压痕测试进行观察、测量，操作方便高效

→ 定量分析表面的缺陷及压痕

图1 安装在SEM腔体中的纳米压痕仪和AFSEM^TM

图2 经过纳米压痕仪刻划之后，利用AFSEM^TM在SEM腔体中原位对压痕进行成像和定量测量

■ 原位磁力显微镜

利用AFSEM原位分析样品的磁学特性

→ 快速定位感兴趣的样品区域

→ 原位SEM与AFM分析联用

→ 特殊设计的磁性“super-tip”，能够获得高分辨率的形貌及磁力显微（MFM）成像信息

图1 用于高分辨MFM成像及测量的“super-tip”

图2 利用AFSEM在SEM腔体中原位观测双相钢的磁学及形貌：(a)利用SEM快速定位感兴趣的样品区域；(b)SEM下观测到的铁磁相及顺磁相；(c)利用AFSEM获得的形貌信息；(d)利用AFSEM观测到的MFM信息

图3 利用AFSEM在SEM腔体中原位观测磁性薄膜的磁学及形貌：(a)利用SEM快速定位感兴趣的样品区域；(b)利用AFM对微区轮廓进行观察和定量测试；(c)相应区域的磁力显微

■ 原位微区电学特性测量

AFSEM^TM原位分析辐照剂量对样品形貌和导电性的影响

→ 形貌观察与导电特性分析有效关联

→ 原位观测：在电子束辐照处理与微区导电特性测试之间方便切换，测试高效

→ 样品处理与表征之间，无需样品转移，有效避免样品暴露在空气中的不利影响

图1 带有导电铂针尖的自感应悬臂梁

图2 测试流程示意图

图3 利用AFSEM^TM原位表征经过聚焦电子束辐照处理的Pt(C)薄膜，其形貌轮廓、导电特性依赖于辐照剂量

■ 拉力作用下的微区测量

利用SEM快速识别表面变化区域，利用AFSEM^TM的纳米级分辨率测量细节变化

→ 与拉伸台配合使用，原位SEM与AFM联用观测

→ 利用SEM快速定位、复位悬臂梁，提高观测及测试效率

→ 材料变化的高精度定量化测试及分析

图1 集成在SEM腔体中的AFSEMTM和拉伸台

图2 铜丝拉伸过程中的原位SEM、AFM分析，通过AFM图片可以清晰看到在拉力变大的过程中，铜丝表面的粗糙度增加。

■ AFSEM^TM原位微区表征系统助力新型纳米探针构筑助飞纳米热学成像研究

获取材料甚是器件整体的热学特性，是相关研究与开发当中非常有意义的课题。随着研究对象特征尺寸的不断减小，研究者们对具有高热学分辨率和高水平方向分辨率的表面温度表征方法以及与之相应的仪器的需求也日益显著。在诸多潜在的表征技术当中，扫描热学显微镜（Scanning Thermal Microscopy）是其中颇为有力的一种，它可以满足特征线度小于100 nm的研究需求。然而，这种表征方法，对纳米探针的结构及功能特性有比较高的要求，目前商用的几种纳米探针受限于各自的结构特点，均有一定的局限性而难以满足相应要求，也就限制了相应表征方法的发展与应用。

着眼于上述问题，奥地利格拉茨技术大学的H. Plank团队提出了基于纳米热敏电阻的三维纳米探针，用于实现样品表面温度信息的超高分辨表征。相关成果于2019年六月发表在美国化学协会的期刊ACS Applied Materials & Interfaces上（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 2522655-22667. Three-Dimensional Nanothermistors for Thermal Probing.）。