在材料學(xué)和微納器件等領(lǐng)域，微觀(guān)結構對宏觀(guān)性能起到關(guān)鍵作用。然而，在研究過(guò)程中，要對關(guān)鍵性微觀(guān)區域的原位性能研究卻困難重重。常遇到的情況是：在SEM上找到了感興趣的微區域，當把樣品轉移到AFM等設備上時(shí)，又需要很長(cháng)的時(shí)間再找回相應的微區域進(jìn)行表征。對于***些納米***的微區域，后續表征時(shí)定位起來(lái)更加困難，甚至會(huì )錯過(guò)相關(guān)微區域的表征。對于具有***定高度的微結構，即3D微結構，主流的表征手段僅僅能通過(guò)SEM對其形貌進(jìn)行觀(guān)察，而相關(guān)的三維形貌表征***般很難進(jìn)行，為相關(guān)研究帶來(lái)了不便。

        針對上述難點(diǎn)，Quantum Design公司研發(fā)推出了聯(lián)合共坐標AFM/SEM二合***顯微鏡-FusionScope。在FusionScope中，SEM和AFM通過(guò)其內置的共坐標系統進(jìn)行結合。在使用過(guò)程中，只需要在SEM成像結果中點(diǎn)擊相關(guān)位置，FusionScope就可以自動(dòng)引導AFM探針到相關(guān)位置，然后進(jìn)行AFM表征。為了滿(mǎn)足不同的研究需要，FusionScope不僅可對微結構的三維結構進(jìn)行成像，還可以對區域的電學(xué)、磁學(xué)和力學(xué)等性能進(jìn)行表征。隨著(zhù)FusionScope設備的推出，已有多個(gè)課題組利用FusionScope在***些高水平的***際期刊發(fā)表了相關(guān)的研究成果。

FusionScope設備圖片以及可以提供的微觀(guān)表征手段

BaTiO3陶瓷的晶界勢壘研究

        奧地利TDK公司與格拉茨技術(shù)大學(xué)（Graz University of Technology）合作，利用Quantum Design公司推出的AFM/SEM二合***顯微鏡-FusionScope對BaTiO₃陶瓷的晶界勢壘進(jìn)行了直接的測量，明確了晶界勢壘能量變化的相關(guān)微觀(guān)機理。相關(guān)成果發(fā)表在SCI期刊《Scripta Materialia》。

        在3V的電壓下FusionScope的a)原子自理顯微鏡（Atomic Force Microscopy, AFM）對樣品形貌的成像效果和b) 靜電力顯微鏡（Electrostatic Force Microscopy, EFM）下相同電壓且同***區域的成像結果

通過(guò)FusionScope獲得的（a）SiO₂含量為0%和（c）SiO₂含量為5%的BaTiO₃陶瓷樣品的EFM結果。（b）和（d）為（a）和（c）同***微區的背散射電子成像結果

通過(guò)FusionScope獲得的（a）EFM成像結果，（b）同***區域的背散射衍射（EBSD）結果和（c）該區域的背散射電子成像結果

3D等離子體納米結構研究

        格拉茨技術(shù)大學(xué)相關(guān)團隊提出基于聚焦電子束誘導沉積（Focused Electron Beam Induced Deposition，FEBID）方法制備具有精確納米尺度3D幾何結構的等離子體納米結構。在完成3D納米結構的制備后，通過(guò)FusionScope對相應的3D納米結構進(jìn)行了原位幾何尺寸的表征。根據FusionScope測量所獲得的數據，對微結構的等離子性能進(jìn)行模擬計算。通過(guò)對比發(fā)現，微結構的計算等離子表現與實(shí)驗測量結果***致。相關(guān)結果在SCI期刊《Advanced Functional Materials》上發(fā)表。

         制備、清除和3D加工能力展示。（a）氣體注入系統（GIS）將金屬氣體前驅物分子（Me₂(acac)Au(III)）注入到基底附近，利用聚焦電子束形成在基底上形成沉積。（b-g）展示了FEBID制備復雜構型的3D納米結構的能力。（h）為運用聚焦電子束去除碳的過(guò)程

        不同平面結構的等離子體測量結果。（a）為利用FusionScopeTM的原位AFM測量的在制備后和清除后的微納結構變化區別。（b）為通過(guò)原位AFM測量的在去除前后所制備納米結構的體積變化。（c）為部分去除樣品的STEM-EELS能譜。（d-l）為不同設計下的等離子體測量結果

        利用FusionScopeTM獲取用于模擬的數據。（a-b）在FusionScopeTM中利用SEM對AFM進(jìn)行引導，在放置在TEM網(wǎng)格上的Au納米線(xiàn)進(jìn)行測量。（c）對FusionScopeTM所獲得的數據和TEM所獲得的數據進(jìn)行相互驗證。（d）FusionScopeTM測量Au納米線(xiàn)的高度為24 nm，半峰寬為51 nm

人工骨骼樣品微觀(guān)表征研究

人工骨骼樣品放置在FusionScope的樣品臺上。右方為FusionScope對人工骨骼的特定區域進(jìn)行三維表征

FusionScope對樣品的微結構三維形貌進(jìn)行表征

(文章來(lái)源于儀器網(wǎng))