高速扫描振镜

仪器信息网讯 8月8日，国仪量子官宣推出一款专为大规模成像而生的新产品——高速扫描电子显微镜HEM6000。高速扫描电子显微镜HEM6000在大规模成像场景中，常规扫描电镜成像速度和自动化程度都无法满足应用需求。例如，在芯片结构成像应用中，需要在几周内完成数百平方毫米区域的连续拍摄；在人类脑图谱研究中，需要对百亿级神经元进行高分辨成像。对于此类场景，常规扫描电镜效率严重不足，为解决客户痛点，国仪量子推出此款专为大规模成像而生的新产品——高速扫描电子显微镜HEM6000。产品亮点HEM6000是一款可实现跨尺度大规模样品成像的高速扫描电子显微镜。采用高亮度大束流电子枪、高速电子偏转系统、高压样品台减速、动态光轴、浸没式电磁复合物镜等技术，实现了高速图像采集和成像，同时保证了纳米级分辨率。面向应用场景的自动化操作流程设计，使得大面积的高分辨率图像采集工作更高效、更智能。成像速度可达常规场发射扫描电镜的5倍以上。可广泛应用于半导体工业、生命科学、材料科学、地质科学等领域。图像采集速度：10 ns/pixel，2*100 M pixel/s加速电压：100 V~6 kV(减速模式)；6 kV~30 kV(非减速模式)分辨率：1.3 nm@3 kV，SE；2.2 nm@1 kV，SE视场大小：最大视场1*1 mm2，高分辨微畸变视场32*32 um2样品台精度：重复定位精度：X ±0.6 um；Y ±0.3 um产品优势高速自动化：全自动上下样流程和采图作业，综合成像速度优于常规场发射扫描电镜的5倍；大场低畸变：跟随扫描场动态变化的光轴，实现了更低的场边缘畸变；低压高分辨：样品台减速技术，实现低落点电压，同时保证高分辨率。应用案例

table border=" 1" cellspacing=" 0" cellpadding=" 0" width=" 600" tbody tr td width=" 123" p style=" line-height: 1.75em " 成果名称 /p /td td width=" 525" colspan=" 3" p style=" line-height: 1.75em " 高速外延片PL谱扫描成像仪 /p /td /tr tr td width=" 123" p style=" line-height: 1.75em " 单位名称 /p /td td width=" 525" colspan=" 3" p style=" line-height: 1.75em " 北京中拓机械集团有限责任公司 /p /td /tr tr td width=" 123" p style=" line-height: 1.75em " 联系人 /p /td td width=" 177" p style=" line-height: 1.75em " 徐杰 /p /td td width=" 161" p style=" line-height: 1.75em " 联系邮箱 /p /td td width=" 187" p style=" line-height: 1.75em " ct_kfjx@126.com /p /td /tr tr td width=" 123" p style=" line-height: 1.75em " 成果成熟度 /p /td td width=" 525" colspan=" 3" p style=" line-height: 1.75em " □正在研发 √已有样机 □通过小试 □通过中试 □可以量产 /p /td /tr tr td width=" 123" p style=" line-height: 1.75em " 合作方式 /p /td td width=" 525" colspan=" 3" p style=" line-height: 1.75em " □技术转让& nbsp & nbsp □技术入股& nbsp & nbsp □合作开发& nbsp & nbsp √其他 /p /td /tr tr td width=" 648" colspan=" 4" p style=" line-height: 1.75em " strong 成果简介： /strong & nbsp & nbsp & nbsp /p p style=" text-align:center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/insimg/599fc25d-25b2-407e-9598-71f126d093d8.jpg" title=" 高速外延片PL谱扫描成像仪- 北京中拓.jpg" width=" 350" height=" 280" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 350px height: 280px " / /p p style=" line-height: 1.75em " & nbsp & nbsp 高速外延片PL谱扫描成像仪利用线激光器激发荧光光谱，利用光谱仪及面阵EMCCD对线荧光采集和光谱分析。这种荧光光谱采集方式较传统点扫描方式，采集速度快，可在短时间内获得高密度点的光谱信息，即1分钟内实现4万点的扫描采集,采集速度提高20倍，波长测量重复精度优于± 0.5nm，光强度稳定性优于± 0.75%。 /p /td /tr tr td width=" 648" colspan=" 4" p style=" line-height: 1.75em " strong 应用前景： /strong br/ & nbsp & nbsp & nbsp 该设备主要用于LED半导体晶片的荧光光谱检测及太阳能晶片的检测，其中LED半导体晶片荧光光谱检测的市场年需求量约50台，市场销售额约为4000万元人民币，针对太阳能晶片荧光光谱测量领域，目前己有设备只能测得荧光光谱强度，并不能获得荧光光谱谱线形状，及光谱波长等细信息，该设备可快速获得太阳能晶片的荧光光强及光谱信息，具有独特的技术优势，预计太阳能晶片的市场年需求量约在20台左右，市场销售额约为2000万元人民币。 /p /td /tr tr td width=" 648" colspan=" 4" p style=" line-height: 1.75em " strong 知识产权及项目获奖情况： /strong br/ & nbsp & nbsp & nbsp 该产品获得3项发明专利：半导体晶片的高速荧光光谱检测装置、半导体晶片的托起装置、半导体晶片的检测装置。 br/ & nbsp & nbsp & nbsp 该项目获得北京市科委“2014年首都科技条件平台科学仪器开发培育项目”的专项资金资助。 /p /td /tr /tbody /table p br/ /p

科学仪器的发展，不断促进对新材料的探索，从而直接或间接影响各科技领域的方方面面。工欲善其事必先利其器，深化与落实科学仪器的自主研发，更是科技攻关的桥头堡。扫描隧道显微镜（STM），及一系列扫描探针显微镜（SPM） ：原子力显微镜（AFM）、扫描近场光学显微镜（SNOM） 等，掀起一场纳米技术革命，广泛应用于材料表面纳米尺度局域电子态、形貌以及分子振动等丰富物性的研究。电输运性质作为材料的关键参数，被广泛关注。集成多个独立STM的多探针STM系统，通过施加电/力等调控手段，实现纳米尺度、原位表征材料局域电子态与局域电输运性质，有望加速后摩尔时代新器件的基础研究。四探针 STM 可实现微观体系的四端法测量，有效消除接触电阻带来的测量误差，获得材料的本征电导率。多个独立探针的协同操纵和成像，往往需要相同数量的多套STM控制系统。随着STM探针／压电驱动部件的增加，多探针控制系统的成本和复杂度急剧增加。因此，发展低成本、高效率、可扩展的通用控制解决方案，实现STM控制系统分时操纵多个探针、乃至探针阵列的技术十分必要。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心高鸿钧研究团队多年来一直致力于扫描探针显微学及其在低维量子结构方面的应用，在前沿科学研究取得一系列重要成果。同时，他们也在相关高精尖仪器自主研制方面不断积累，奠定了扎实的基础。物理所技术部郇庆/刘利团队一直致力于科研仪器设备的自主研发，与所内外多个课题组紧密合作，在核心关键部件、成套系统等方面取得了一系列成果（包括一台商业化四探针系统的彻底升级改造【Review of Scientific Instruments, 88(6):063704, 2017】、光学-低温扫描探针显微镜超高真空联合系统【Review of Scientific Instruments 89, 113705 (2018)】和新一代高通量薄膜制备及原位表征系统【Review of Scientific Instruments 91, 013904 (2020)】的自主研制）。两个团队再次密切合作、联合攻关，共同指导N04组博士生严佳浩（已毕业，爱尔兰科克大学博士后）、马佳俊、王爱伟（已毕业，国家纳米中心博士后）、马瑞松（已毕业，物理所关键技术人才）等同学成功研制并搭建了一台多探针STM分时复用切换系统，完成单个STM控制系统依次操纵多个探针在纳米尺度下的成像与定位，以及维持探针位置后的局域电输运测量。该系统采用的核心思路为研发团队首次提出，软硬件均完全自主研发，采用了ARM + DSP + FPGA多核数字平台来兼备复杂切换逻辑、多路高精度高速并行采样与数据处理，涉及C/C++与Verilog HDL编程语言，并提供图形操作界面以提高易操作性，具备多项独特优点：1）单个探针内大、小扫描管及多个探针间的无缝切换，无瞬态抖动；2）皮安级电流切换；3）任意单个探针具备毫米级移动范围与原子级空间分辨；４）多个探针可无限靠近，最小距离仅取决于针尖曲率半径；５）原位、纳米尺度、相同区域内，STM成像与电输运测量。该联合研发团队用６年多时间对系统进行了反复地设计优化和改进，并进行了全面性能测试。该研发成果所涉及的多项关键技术，如微弱信号的放大与切换、高稳定电压保持、复杂控制逻辑等，是未来大规模探针阵列应用的重要技术基础。分时切换的核心思路具有可扩展性强、成本低廉的特点，有望在材料基因组研究高通量表征领域有广泛的应用。该系统的详细介绍发表在近期的《科学仪器评论》杂志上【Review of Scientific Instruments 92, 103702 (2021) doi: 10.1063/5.0056634】。该工作得到了中国科学院关键技术研发团队项目(GJJSTD20200005)、国家自然科学基金国家重大科研仪器研制项目(11927808)和国家自然科学基金委青年基金项目(12004417)等的支持。图1：分时复用切换方案图2：分时复用系统硬件设计图3：分时复用切换系统软件架构图4：分时复用切换系统部分图形用户界面图5：单STM探针空间定位图6： 多探针切换与空间定位附：Rev. Sci. Instrum. 92, 103702 (2021).pdf