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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!

更新时间:2024-05-28点击次数:170

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。


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!

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!



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


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!


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》。



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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


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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


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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



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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。


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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


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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


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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



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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


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FusionScope对样品的微结构三维形貌进行表征


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