在(zai)材料(liao)學和(he)微(wei)(wei)(wei)(wei)納(na)器(qi)件等(deng)領域(yu)(yu)，微(wei)(wei)(wei)(wei)觀結構(gou)對(dui)宏觀性能(neng)(neng)起(qi)到關(guan)(guan)鍵作用。然而，在(zai)研(yan)究(jiu)(jiu)過(guo)(guo)程中(zhong)，要(yao)對(dui)關(guan)(guan)鍵性微(wei)(wei)(wei)(wei)觀區(qu)(qu)域(yu)(yu)的原(yuan)位性能(neng)(neng)研(yan)究(jiu)(jiu)卻困難(nan)重重。最常遇到的情況是：在(zai)SEM上找到了(le)(le)感興趣(qu)的微(wei)(wei)(wei)(wei)區(qu)(qu)域(yu)(yu)，當把樣品轉移到AFM等(deng)設備上時(shi)(shi)，又需要(yao)很長的時(shi)(shi)間(jian)再找回相(xiang)應的微(wei)(wei)(wei)(wei)區(qu)(qu)域(yu)(yu)進(jin)(jin)行(xing)(xing)表(biao)(biao)征。對(dui)于一(yi)(yi)些納(na)米級(ji)的微(wei)(wei)(wei)(wei)區(qu)(qu)域(yu)(yu)，后續表(biao)(biao)征時(shi)(shi)定位起(qi)來(lai)更加困難(nan)，甚至會錯過(guo)(guo)相(xiang)關(guan)(guan)微(wei)(wei)(wei)(wei)區(qu)(qu)域(yu)(yu)的表(biao)(biao)征。對(dui)于具(ju)有一(yi)(yi)定高度的微(wei)(wei)(wei)(wei)結構(gou)，即3D微(wei)(wei)(wei)(wei)結構(gou)，主流的表(biao)(biao)征手段(duan)僅僅能(neng)(neng)通過(guo)(guo)SEM對(dui)其形貌進(jin)(jin)行(xing)(xing)觀察，而相(xiang)關(guan)(guan)的三維(wei)形貌表(biao)(biao)征一(yi)(yi)般很難(nan)進(jin)(jin)行(xing)(xing)，為相(xiang)關(guan)(guan)研(yan)究(jiu)(jiu)帶來(lai)了(le)(le)不便。

針對上述難點，Quantum Design公司研發推出了聯合共坐標AFM/SEM二合一顯微鏡-FusionScope。在(zai)(zai)FusionScope中，SEM和AFM通過(guo)其內置(zhi)(zhi)的共坐標系統進行結(jie)合(he)。在(zai)(zai)使用過(guo)程中，只需要(yao)在(zai)(zai)SEM成像結(jie)果(guo)中點擊相(xiang)關位(wei)置(zhi)(zhi)，FusionScope就(jiu)可以自動(dong)引(yin)導AFM探針到相(xiang)關位(wei)置(zhi)(zhi)，然后進行AFM表征。為(wei)了滿足(zu)不同的研究需要(yao)，FusionScope不僅可對微結(jie)構的三維結(jie)構進行成像，還(huan)可以對區域的電(dian)學(xue)、磁學(xue)和力學(xue)等(deng)性能進行表征。隨(sui)著FusionScope設備的推出(chu)，已(yi)有多(duo)個課(ke)題組利用FusionScope在(zai)(zai)一些高水平的國際期刊發表了相(xiang)關的研究成果(guo)。

FusionScope設備圖(tu)片以(yi)及可以(yi)提(ti)供的微觀表征手段

BaTiO₃陶瓷的晶界勢壘研究

奧地利TDK公司與格拉茨技術大學（Graz University of Technology）合作，利用Quantum Design公司推出的AFM/SEM二合一顯微鏡-FusionScope對BaTiO₃陶瓷的晶界勢壘進行了直接的測量，明確了晶界勢壘能量變化的相關微觀機理。相關成果發表在SCI期刊《Scripta Materialia》。

在(zai)3V的電壓下FusionScope的a)原子(zi)自理(li)顯微鏡(jing)(jing)（Atomic Force Microscopy, AFM）對樣品(pin)形貌的成像效果和b) 靜電力顯微鏡(jing)(jing)（Electrostatic Force Microscopy, EFM）下相同(tong)電壓且同(tong)一區域的成像結果

通過FusionScope獲得的（a）SiO₂含量為0%和（c）SiO₂含量為5%的BaTiO₃陶瓷(ci)樣(yang)品的(de)EFM結(jie)果。（b）和（d）為（a）和（c）同一微區(qu)的(de)背散(san)射電子成像結(jie)果

通過FusionScope獲得的(de)（a）EFM成(cheng)像結果，（b）同一(yi)區域的(de)背散射衍射（EBSD）結果和（c）該區域的(de)背散射電子成(cheng)像結果

3D等離子體納米結構研究

格拉茨技術大學相關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FusionScope對相應的3D納米結構進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行模擬計算。通過對比發現，微結構的計算等離子表現與實驗測量結果一致。相關結果在SCI期刊《Advanced Functional Materials》上發表。

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(zhu)入(ru)到(dao)基(ji)底附近，利用聚焦(jiao)電(dian)子(zi)束形成(cheng)(cheng)在(zai)基(ji)底上形成(cheng)(cheng)沉積。（b-g）展示了(le)FEBID制備(bei)復雜構型的(de)(de)3D納米結構的(de)(de)能(neng)力。（h）為運用聚焦(jiao)電(dian)子(zi)束去(qu)除碳的(de)(de)過(guo)程(cheng)

不同平面結(jie)構(gou)的(de)等(deng)離(li)子(zi)體測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)。（a）為利用FusionScopeTM的(de)原位AFM測(ce)量(liang)的(de)在(zai)制備后和清除(chu)后的(de)微納結(jie)構(gou)變化(hua)(hua)區別(bie)。（b）為通過(guo)原位AFM測(ce)量(liang)的(de)在(zai)去除(chu)前后所制備納米結(jie)構(gou)的(de)體積變化(hua)(hua)。（c）為部分去除(chu)樣品(pin)的(de)STEM-EELS能(neng)譜。（d-l）為不同設計下的(de)等(deng)離(li)子(zi)體測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)

利(li)用(yong)FusionScopeTM獲(huo)取(qu)用(yong)于模擬的(de)數據(ju)。（a-b）在(zai)FusionScopeTM中利(li)用(yong)SEM對(dui)AFM進(jin)行引導，在(zai)放置在(zai)TEM網格上(shang)的(de)Au納米線進(jin)行測量(liang)。（c）對(dui)FusionScopeTM所(suo)(suo)獲(huo)得(de)的(de)數據(ju)和TEM所(suo)(suo)獲(huo)得(de)的(de)數據(ju)進(jin)行相互驗證。（d）FusionScopeTM測量(liang)Au納米線的(de)高度為24 nm，半峰(feng)寬為51 nm

人工骨骼樣品微觀表征研究

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

FusionScope對(dui)樣品的微結(jie)構三維形貌進(jin)行(xing)表征

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1、FusionScope多功能顯微鏡