FusionScope多功能显微镜破解半导体陶瓷材料微观机理

       近日，奥地利TDK公司与格拉茨技术大学（Graz University of Technology）合作，利用Quantum Design公司新推出的具有AFM-SEM原位同步技术的FusionScope多功能显微镜对BaTiO₃陶瓷的晶界势垒进行了直接测量，并与相关理论结果进行了对比。此外，通过向陶瓷内添加不同含量的SiO₂，明确了晶界势垒能量变化的相关微观机理。相关研究工作以《Complementary evaluation of potential barriers in semiconducting barium titanate by electrostatic force microscopy and capacitance–voltage measurements》为题在SCI期刊《Scripta Materialia》上发表。

       本文中使用的FusionScope多功能显微镜是美国Quantum Design公司于2022年10月重磅推出的。设备将SEM和AFM技术深度融合在一台设备上，自动化程度高，软件/硬件操作简单易用，可在同一时间、同一样品区域和相同条件下实现原位共享坐标测量，有效避免样品转移过程中的污染风险，特别适合环境敏感样品；设备的SEM功能可实时、快速、精准导航AFM针尖，从而实现AFM对感兴趣区域的精准定位与测量。在无需转移样品的情况下，可原位进行-10°-80°的AFM与样品台同时旋转测量，全程近乎可实现无视野盲区观测样品。凭借着先进的技术和对SEM和AFM联用技术市场空白的填补，FusionScope多功能显微镜也荣获了R &D 100大奖。

图1. FusionScope多功能显微镜

【图文导读】

图2. 左图：不同SiO₂含量的BaTiO₃陶瓷XRD衍射结果。从上到下SiO₂含量为0%，2%，5%。右图：Ba₂TiSi₂O₈所对应峰部分的放大。

图3. 在3V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）下相同电压下且同一区域的成像结果。

图4.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。

图5. 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。

【结论】

       奥地利TDK公司和格拉茨技术大学的研究人员，通过Quantum Design公司新推出的多功能显微镜FusionScope对BaTiO₃陶瓷材料的晶界进行了直接的EFM测量，获得了SiO₂添加含量对晶界势垒的影响。得益于FusionScope的AFM-SEM原位共坐标系统，研究人员在材料表面快速寻找到相关位置后，不仅用SEM对其成像，还利用EFM对该区域进行直接测量，并配合EBSD等表征手段，对所选择的微区进行了立体综合表征。从文中可以看出，FusionScope在材料微区原位表征方面拥有超卓优势，是材料微区性能研究的得力助手。

论文标题：Complementary evaluation of potential barriers in semiconducting barium titanate by electrostatic force microscopy and capacitance–voltage measurements

发表期刊：Scripta Materialia (IF 5