高精度四探针仪

一个能够检测武器级的铀(signs of weapons-grade uranium)、新的矿石储量和验证地球上早期生命的科研实验设备最近在西澳大利亚大学建设成功。　　这个建于该大学显微研究中心，带有超灵敏微型离子探针(ultra sensitive microprobe)的高灵敏度显微镜，具有独特的描述和分析功能。该中心是目前世界上唯一能够安放两台此类实验装置的实验室。在启动仪式上，创新、工业与科研部长Kim Carr说，这种超灵敏的微型离子探针将会极大地提高该设备开展世界领先科研的能力。　　新的微型探针通过打在检测样本上的高能量离子束，有能力检测出各种不同物质之间的化学特性的差异。它能用来追踪远古已灭绝动物的迁移轨迹，从而搜寻它们灭亡的原因。　　其它应用还包括研究珊瑚的生长规律，以便更好地了解澳大利亚大堡礁珊瑚白化病的成因和气候变化问题，以及区分造成危害的污染来源。　　微型探针也能够被用于研究远古的陨石, 帮助我们了解太阳系是如何形成的。　　这种新型微型探针在南半球目前只有一个，而全世界也只有15个。　　Kim Carr部长，这个设备的潜力是广阔和巨大的, 来自全国各地的研究人员将会非常渴望使用这一新设备。对于600万澳元的微型探针的高投入，澳大利亚政府已经投入了150万澳元经费支持。政府还将继续投资新的大型科研设备。

FT-3110系列全自动四探针测试仪一.功能描述：四点探针法，全自动化运行测量系统，PC软件采集和数据处理；参照A.S.T.M 标准方法测试半导体材料电阻率和方块电阻；可设定探针压力值、测试点数、多种测量模式选择；真空环境，可显示：方阻、电阻率、显示2D,3D扫描/数值图、温湿度值、提供标准校准电阻件. 报表输出数据统计分析.FT-3110系列全自动四探针测试仪二.适用范围晶圆、非晶硅/微晶硅和导电膜电阻率测量；选择性发射极扩散片；表面钝化片；交叉指样PN结扩散片；新型电极设计，如电镀铜电阻测量等；半导体材料分析，铁电材料，纳米材料，太阳能电池，LCD，OLED，触摸屏等. FT-3110系列全自动四探针测试仪三.技术参数： 规格型号FT-3110AFT-3110B1.电阻10^-5～2×10^5Ω10^-6～2×10^5Ω2.方块电阻 10^-5～2×10^5Ω/□10^-6～2×10^5Ω/□3.电阻率 10^-6～2×10^6Ω-cm10-7～2×106Ω-cm4.测试电流 0.1μA.μA.0μA，100μA，1mA， 10mA，100mA1A、100mA、10mA、1mA、100uA、10uA、1uA、0.1uA5.电流精度 ±0.1% 6.电阻精度 ≤0.3%7.PC软件操作PC软件界面：电阻、电阻率、电导率、方阻、温度、单位换算、电流、电压、探针形状、探针间距、厚度 、2D、3D图谱、压力、报表生成等8.压力范围：探针压力可调范围：软件控制,100-500g可调9.探针针间绝缘电阻：≥1000MΩ；机械游移率：≤0.3%圆头铜镀金材质，探针间距1mm；2mm；3mm选配，其他规格可定制10.可测晶片尺寸选购 晶圆尺寸：2-12寸（6寸150mm，12寸300mm）；方形片：大至156mm X 156mm 或125mm X 125mm11.分析模式单点、五点、九点、多点、直径扫描、面扫描等模式的自动测试12.加压方式测量重复性：重复性≤3% 13.安全防护具有限位量程和压力保护 误操作和急停防护 异常警报14.测试环境真空15.电源输入: AC 220V±10%.50Hz 功 耗：100W 16.选购项目电脑和打印机创新点：仪器采用全自动操作，抽真空处理瑞柯全自动四探针测试仪

我国引进的第一台NanoSIMS 50L型纳米离子探针验收会于近日在中国科学院地质于地球物理研究所召开。中国科学院地质于地球物理研究所副所长吴福元研究员为组长的专家组认真听取了法国CAMECA公司纳米离子探针设计师、Franç ois Hillion博士所作的验收报告。专家组对仪器的验收指标有关问题进行了提问，一致认为该仪器的技术参数不仅全部达到合同要求，大部分还优于合同要求的验收指标。纳米离子探针　　纳米离子探针具有极高的空间分辨率(Cs+源束斑小于 50nm，O-源束斑小于200nm)，与我所已有的CAMECA ims 1280高精度离子探针互补，构成国际上非常先进的的离子探针分析平台。新引进的NanoSIMS 50L型纳米离子探针配置了7个信号检测器(每个配置法拉第杯和电子倍增器)，可以同时测量7个同位素(或元素)，分析精度好于千分之一。该仪器可以分析除稀有气体以外，元素周期表中从H至U的全部同位素(元素)，并能获取同位素分布的高分辨图像。纳米离子探针的引进，为我国比较行星学、地球科学、材料科学、以及生命科学等领域提供了新的大型实验分析平台。

图一 高精度手提式X荧光仪图二 高精度伽玛能谱仪　　2016年5月25日，863计划资源环境技术领域办公室在北京组织召开了“十二五”863计划资源环境技术领域“放射性矿产探测与开发技术”项目的技术验收会议。　　“放射性矿产探测与开发技术”主题项目立足于解决隐伏砂岩铀矿勘查、采冶过程中的关键技术问题，提升我国铀矿勘查技术与装备的研发水平，为保障我国中长期核能产业发展和国防建设对铀资源的需求提供技术支撑。项目针对隐伏砂岩铀矿勘查采冶过程中的关键技术问题，完成了隐伏放射性矿产识别技术、地浸采铀模拟与控制技术、脉冲中子测井与铀定量解释技术研究及高精度能谱探测仪器研发工作。通过项目攻关，研发了砂岩型铀矿成矿环境、砂体识别与定位技术、铀矿化信息探测技术及GIS综合预测评价系统 查明了砂岩铀矿多种矿物的溶蚀规律，创建了砂岩型铀矿酸法和中性浸出体系和络合物形成的理论模型 研制了高精度手提式X射线荧光仪、微束微区野外X荧光矿物探针、高精度伽马能谱仪、高灵敏度野外测氡仪、脉冲中子铀矿测井仪等设备样机，并开发了配套软件。项目取得的技术成果在我国新疆伊犁、内蒙古二连和鄂尔多斯等北方大型砂岩型盆地的铀矿勘查、地浸采铀生产中得到了较大规模的应用，具有良好的社会和经济效益。　　会上，验收专家组听取了该项目首席专家关于项目执行情况的汇报，审阅了相关验收材料，并进行了质询。经讨论，验收专家组同意该项目通过技术验收。

近日，香山科学会议第554次学术讨论会在北京召开。此次会议以“医学分子探针关键技术”为主题。与会专家认为，目前，我国对进口医学分子探针尚存依赖，为打破这一局面，应加速研制高特异性、高靶向性、智能化、高灵敏度的新一代分子探针。　　为了更全面、更完整地获取生物体解剖结构水平、功能代谢水平和细胞分子水平的生理病理信息，临床上需要依赖于高精度的生物医学检测技术，这种检测技术常常离不开分子探针。而随着集成像(诊断)与治疗于一体的分子探针逐步进入临床应用，许多疾病有望在分子水平得到治疗，做到真正的“有的放矢”，为精准诊疗提供强有力的支撑。　　本次会议执行主席、北京大学工学院教授戴志飞表示，研制具备高亲和性、高特异性、高灵敏度和安全高效等特征的新一代分子探针正成为当前生物医药领域的制高点之一，一些发达国家纷纷投入巨额资金从事分子探针的研发。然而，在我国，已有多种分子探针投放市场，但大多由国外大公司研制。与会专家呼吁，开发具有我国自主知识产权的分子探针迫在眉睫。　　与会专家建议，当前，应整合我国在分子探针方面的优势力量，建立一批具有专业特点的国家级诊疗用分子探针研发中心，组建理工医结合、产学研一体化研发团队，形成完善的分子探针的研发体系，实现自主知识产权分子探针开发的新突破，逐渐改变我国对进口医学分子探针依赖的局面。

硫化物是自然界中常见的一类矿物，其形成往往与地质运动或生命活动相关。硫化物中的硫同位素组成是示踪生命活动，厘定地质过程的重要依据。传统离子探针硫同位素分析精度虽然可以达到0.1-0.2 &permil ，但其束斑一般为10-30 &mu m，不适用于微生物活动相关的微细硫化物颗粒(5 mm)和硫化物复杂环带等样品的硫同位素分析。纳米离子探针具有高空间分辨的特点，但通常其分析精度较传统离子探针逊色，前人在~2 mm空间分辨下，硫化物硫同位素分析的精度仅为2-4&permil ，制约了其在地球科学中的应用。　　为获得更高的空间分辨和分析精度，中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理院重点实验室张建超工程师与其合作者以纳米离子探针为平台，开展了超高空间分辨与高精度的硫同位素分析方法研究。QSA效应(电子倍增器无法记录几乎同时到达的两个离子而造成的测量误差)是制约高精度同位素分析的关键因素，该研究创新性地提出了精确校正QSA效应方法，并成功研发了不同空间尺度内硫同位素高精度分析的实验方法，其空间分辨和外部分析精度分别为：~5 mm尺度内分析精度0.3&permil 、 ~2 mm尺度内分析精度0.5&permil 、 ~1 mm尺度内分析精度1&permil 。这一结果是同等空间分辨下最优的分析精度，处于国际领先水平层次，能够满足微米-亚微米尺度的硫化物颗粒(如草莓状黄铁矿)及复杂环带的高精度硫同位素分析的需求。　　该研究成果近期发表在国际分析技术刊物Journal of Analytical Atomic Spectrometry 上(Zhang et al. Improved precision and spatial resolution of sulfur isotope analysis using NanoSIMS. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 2014, 29(10) : 1934-1943)。　　地质地球所提出硫化物颗粒的高精度硫同位素分析方法

扫描探针显微镜（Scanning Probe Microscope，SPM）的发展历史是一段引人注目的科学进步历程，奠定了纳米科学和纳米技术的基础。自20世纪80年代以来，SPM的出现和保存，不仅使科学家能够以原子和分子的精度观察和操控材料，还推动了许多相关领域的研究。以下是SPM发展关键里程碑：1980年代初 - 扫描隧道显微镜（STM）的发明1981年：德国物理学家格尔德宾宁（Gerd Binnig）和海因里希罗雷尔（Heinrich Rohrer）在 IBM 苏黎世研究实验室发明了扫描隧道显微镜（STM）。STM 的发明标志着扫描探针显微镜技术的开端。[1]宾宁罗雷尔世界上第一台扫描隧道显微镜[2]1986年：宾宁和罗雷尔因发明 STM 获得诺贝尔物理学奖。他们的工作证明了 STM 可以以原子级分辨率成像，从而开启了对物质结构的新认识。1989年：IBM科学家展示了一项能够操纵单个原子的技术。他们使用扫描隧道显微镜，将35个单个氙原子排列在镍冷晶体基板上，拼出了公司首字母缩写的三个字母。这是原子首次被精确地定位在平面上。[3]用 35 个氙原子拼写出“IBM”1980年代中期 - 原子力显微镜（AFM）的发展1986年：格尔德宾宁、卡尔文夸特纳（Calvin Quate）和克里斯托弗格贝尔（Christoph Gerber）发明了原子力显微镜（AFM）。AFM 可以在非导电材料上工作，扩展了 SPM 技术的应用范围。[4] AFM 利用探针与样品表面之间的范德华力进行成像，可以在真空、空气和液体环境中操作，因此在材料科学和生物学研究中具有广泛的应用。第一台原子力显微镜原子力显微镜原理图1990年代 - 扫描探针显微镜的扩展与多样化1. 磁力显微镜（MFM）：磁力显微镜（MFM）在20世纪80年代末至90年代初被发明，通过使用带有磁性涂层的探针，测量探针与样品表面磁力相互作用，实现了纳米尺度高分辨率磁畴成像。这一创新使研究人员能够深入了解材料的磁性特性。低温强磁场磁力显微镜在微结构缺陷中的研究2. 静电力显微镜（EFM）：静电力显微镜（EFM）由斯蒂芬库尔普斯（Stephen Kalb）和霍斯特福尔默（Horst F. Hamann）在20世纪80年代末至90年代初发明，通过带电探针测量静电力变化，实现纳米尺度高分辨率电学成像。EFM被广泛应用于研究半导体材料、电荷存储器件和纳米电子学等领域。3. 近场扫描光学显微镜（NSOM 或 SNOM）：近场光学显微镜（NSOM）由埃里克贝茨格（Eric Betzig）和约翰特劳特曼（John Trautman）在20世纪80年代末至90年代初发明。NSOM使用带有亚波长孔径的光纤探针，通过限制光在极小区域内并扫描样品表面，获取高分辨率的光学图像，广泛应用于材料科学、生物学、化学和半导体研究等领域。NSOM的一般原理2000年代至今 - SPM 技术的进一步发展和应用1. 高分辨率和高灵敏度：随着探针技术、控制系统和数据处理技术的发展，SPM 的分辨率和灵敏度不断提高。2. 多功能化探针：开发出具有特定化学、机械、磁性或力学性质的探针，使得 SPM 可以进行更为多样化的表征和操作。3. 多模式成像：结合多种成像模式，可以同时获得样品的多种性质信息。结合多种模式的扫描探针显微镜4.晶圆级成像：随着集成电路规模的急剧增加，需要对大型样品成像。加工在晶圆上的芯片5. 在生物学中的应用：SPM 在生物分子和细胞研究中的应用越来越广泛，可以直接观测生物大分子的结构和动力学过程。未来展望扫描探针显微镜的技术仍在不断发展，新的技术和应用不断涌现。由致真精密仪器研发的多功能原子力显微镜和晶圆级原子力显微镜支持大尺寸样品的表征，并集成集成磁力、压电力、扫描开尔文以及液相等多物性分析功能，具有极低的噪声水平，并具备基于深度学习的智能化数据处理分析。致真精密仪器未来将继续致力于更高分辨率、更快的成像速度和更强的多功能化的SPM设备研究，以满足科学研究和工业应用的需求。致真公司自主研发的多功能原子力显微镜AtomEdge集成AI的智能分析算法 高度及粗糙度、宽度、粒子智能分析参考文献：[1] Binnig, G., & Rohrer, H. (1982). Scanning tunneling microscopy. Surface Science, 126(1-3), 236-244.[2] https://commons.wikimedia.org/wiki/File:First_STM.jpg[3] https://en.wikipedia.org/wiki/IBM_%28atoms%29[4] Binnig, G., Quate, C. F., & Gerber, C. (1986). Atomic force microscope. Physical Review Letters, 56(9), 930-933.本文由致真精密仪器原创，转载请标明出处. 致真精密仪器一直以来致力于实现高端科技仪器和集成电路测试设备的自主可控和国产替代。 致真精密仪器通过工程化和产业化攻关，已经研发了一系列磁学与自旋电子学领域的前沿科研设备，包括“产品包含原子力显微镜、高精度VSM、MOKE等磁学测量设备、各类磁场探针台、磁性芯片测试机等产线级设备、物理气相沉积设备、芯片制造与应用教学训练成套系统等”等，如有需要，我们的产品专家可以提供免费的项目申报辅助、产品调研与报价、采购论证工作。另外，我们可以为各位老师提供免费测试服务，有“磁畴测试”、“SOT磁畴翻转”、“斯格明子观测”、“转角/变场二次谐波”、“ST-FMR测量”、“磁控溅射镀膜”等相关需求的老师，可以随时与我们联系。

成果名称扫描探针显微镜宽动态范围电流测量系统的研制单位名称北京大学联系人马靖联系邮箱mj@labpku.com成果成熟度&radic 研发阶段 □原理样机 □通过小试 □通过中试 □可以量产成果简介：扫描探针显微镜（SPM）是研究材料表面结构和特性的重要分析设备，具有高精度和高空间分辨的优点，可以在多种模式下工作。其中，扫描隧道显微镜（STM）和导电原子力显微镜（CFM）技术，通过探测偏压作用下针尖与样品间产生的电流，可以获得器件电学特性或材料表面局域电子结构等重要信息，成为目前微纳电子学研究领域的重要工具。SPM中用于探测针尖与样品间电流的关键部件是电流-电压转换器（I-V Converter），其作用是把探测到的微弱电流信号转换为电压信号以便后续处理。目前商用SPM设备中采用的是虚地型固定增益线性电流-电压转换器，典型灵敏度为108 V/A，其主要缺点是电流测量的动态范围较小，只能达到3~4个数量级，这使得目前SPM的电流测量能力被限定在10pA~100nA之间，阻碍了SPM在微纳电子学领域的应用。2012年，信息学院申自勇副教授申请的&ldquo 扫描探针显微镜宽动态范围电流测量系统的研制&rdquo 获得了第四期&ldquo 仪器创制与关键技术研发&rdquo 基金的支持，在项目资金的支持下，申自勇课题组开展了富有成效的工作，包括：（1）宽动态电流测量系统总体设计；（2）测量系统与SPM控制系统的接口设计；（3）测量系统加工制作和联机调试；（4）测量系统性能指标的测试评估与优化。此外，课题组还克服了皮安级微弱电流的高精度低噪声测量、反馈回路中用于非线性转换的双极结型晶体管的温度补偿等技术难题，所研制的测量系统取得了良好的效果。目前，该项目已经顺利结题，其成果装置已经在该课题组相关仪器上正常使用，并在向校内外相关用户推广。应用前景：扫描隧道显微镜（STM）和导电原子力显微镜（CFM）技术，通过探测偏压作用下针尖与样品间产生的电流，可以获得器件电学特性或材料表面局域电子结构等重要信息，成为目前微纳电子学研究领域的重要工具。

近日，精密测量院毛伟建研究团队在高分辨率油气勘探地震保幅成像方面取得一系列新进展。团队借助人工智能、散射波场和点扩散函数等多学科理论和方法，开展交叉学科研究，创新提出高精度人工智能速度建模、逆散射保幅成像条件以及点扩散函数深度域反演技术，为解决长期以来困扰深层复杂地质条件下的油储特征反演和预测难题给出了新的思路。该系列研究成果2022年在国际著名地学Q1区学术期刊上发表5篇论文，其中2篇发表在《IEEE地球科学和遥感汇刊》 (《IEEE TGRS》), 3篇发表在《IEEE 地球科学和遥感快报》(《IEEE GRSL》)上。准确的速度模型在高精度地震成像中起着关键作用。作为一个非线性逆问题，传统速度建模方法由于数据中缺少低频分量、计算效率低等问题在实际地震勘探中受到限制。团队借助深度学习方法逼近不同数据域之间的非线性映射函数的强大能力，来解决原始地震数据高效速度建模问题。在这项工作中，该团队开发了一种数据驱动反演方法，该方法基于具有编码器-解码器结构的多尺度深度卷积神经网络，以直接从原始地震数据中解决具有不同尺度速度模型的反演问题。通过设计压缩矩阵压缩输入数据，网络可以获得任意尺度的预测。三种不同尺度的测试数据的反演结果随着地震勘探进入更精细的岩性成像阶段(如：深水、深层、复杂储存、非常规储存等)，如何正确理解地震成像结果，成为极为关键的问题。传统的地震成像以求取地震反射率为目标，在深层成像阶段会出现成像数值不准确等问题。该团队以地震波散射理论为基础，提出各向异性逆散射反演成像条件，并将此成像条件用于逆时偏移。该方法能够有效计算地层参数扰动值，为超深层保幅地震成像提供了有效的方法。各向同性逆散射反演成像(左)与各向异性逆散射反演成像(右)的对比地震勘探经历了从二维走向三维，从叠后走向叠前，从时间域成像走向深度域成像的发展过程。然而，目前在工业界，仍缺乏在深度域直接进行反演的有效技术。现有方法无法满足精细储层解释的需要并计算量很大。针对上述问题，该团队发展了一种基于点扩散函数的深度域最小二乘反演方法，避免了“时深转换”的过程，大幅提高了反演效率。该方法可以有效地均衡照明，清晰刻画断层面，明显提升空间分辨率。并且计算量只有传统数据域最小二乘方法的1/10。标准高斯束偏移及其波数谱(左)与PSF处理结果及波数谱(右)的对比该系列研究分别以“Deep Learning Based Seismic Variable-size Velocity Model Building”、“Amplitude-Preserving Imaging Condition for Scattering-Based RTM in Acoustic VTI Media”、“Elastic Least-Squares Gaussian Beam Imaging With Point Spread Functions”为题发表在《IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters》上；以“Multi-Parameter True-Amplitude Generalized Radon Transform Inversion for Acoustic Transversely Isotropic Media With a Vertical Symmetry Axis”、“Born Scattering Integral, Scattering Radiation Pattern, and Generalized Radon Transform Inversion in Acoustic Tilted Transversely Isotropic Media” 为题发表在《IEEE Transaction on Geoscience and Remote Sensing》上 五篇论文的第一作者分别是博士研究生杜蒙、孙史磊、段伟国，副研究员欧阳威，博士后梁全，通讯作者均为毛伟建，博士后石星辰和程时俊是合作作者。上述研究由国家自然科学基金重点和面上项目、中石油科技重大专项和中石油科学研究与技术开发项目联合资助。

01MFM（Magnetic Force Microscopy，磁力显微镜）磁力显微镜（Magnetic Force Microscopy，MFM）是一种专门用于成像样品表面的磁性分布的扫描探针显微镜，通过探针和样品之间的磁力相互作用来获得信息。MFM应用MFM主要用于研究材料的磁性特征，广泛应用于物理学、材料科学、电子学等领域。常见的应用包括：磁记录介质：研究硬盘、磁带等磁记录设备的磁性结构和缺陷；磁性材料：分析磁性薄膜、纳米颗粒、磁性多层膜等材料的磁畴结构；生物磁性：研究生物组织中天然存在的磁性物质，如磁性细菌。应用实例在自旋存储研究中，以斯格明子的研究为例，传统的磁存储单元受限于材料性质，显著影响自旋存储的高密度需求。斯格明子是一种具有拓扑性质的准粒子，其最小尺寸仅为3nm，远小于磁性隧道结，是理想的信息载体，有望突破信息存储密度的瓶颈。下图为通过MFM表征获取的斯格明子图像。[1]标准斯格明子M-H曲线 斯格明子图像在磁盘研究中，通过MFM可以获取磁盘表面的高分辨率磁性图像，详细了解其磁畴结构和分布情况。MFM具有高空间分辨率和灵敏度，为磁盘材料的研究和优化提供了重要的数据支持。下图展示了通过MFM测试获取的磁盘表面磁畴结构图像。电脑软盘磁畴图像02PFM（Piezoresponse Force Microscopy，压电力显微镜）压电力显微镜（Piezoresponse Force Microscopy，PFM）是一种用于研究材料压电性质的扫描探针显微镜，利用探针与样品表面之间的逆压电效应来成像和测量材料的压电响应。材料由于逆压电效应产生形变示意图 [2]PFM应用PFM广泛应用于材料科学和电子学领域，尤其是在研究和开发新型压电材料和器件方面。具体应用包括：铁电材料：研究铁电材料的畴结构、开关行为和退极化现象。压电器件：分析压电传感器、致动器和存储器件的性能。生物材料：研究生物组织中的压电效应，例如骨骼和牙齿。应用实例具有显著的压电效应，即在外加机械应力作用下产生电荷。这使其在超声波发生器、压电传感器和致动器中具有重要应用。在研究PbTiO3样品时，通过PFM，可以获取PbTiO3表面的高分辨率压电响应图像，详细了解其畴结构和分布情况，为PbTiO3材料的研究和优化提供了重要的数据支持。下图展示了通过PFM测试获取的PbTiO3样品表面压电力图像。PbTiO3垂直幅度图PbTiO3垂直相位图03EFM（Electrical Force Microscopy，静电力显微镜）静电力显微镜是一种用于测量成像样品表面的电静力特性的扫描探针显微镜。EFM通过探针与样品表面之间的静电力相互作用，获取表面电荷分布和电势信息。静电力显微镜（抬起模式）[3]EFM应用EFM广泛应用于材料科学、电子学和纳米技术等领域，常见的应用包括：电荷分布：测量和成像材料表面的电荷分布。表面电势：研究材料表面的电势分布和电特性。半导体器件：分析半导体器件中的电特性和缺陷。纳米电子学：研究纳米级电子器件的电性能。应用实例Au-Ti条带状电极片静电力04KPFM（Kelvin Probe Force Microscopy，开尔文探针力显微镜）KPFM是一种通过探针与样品之间的接触电势差来获取样品功函数和表电势分布的扫描探针显微镜。KPFM广泛应用于金属、半导体、生物等材料表面电势变化和纳米结构电子性能的研究。KPFM 获取 Bi-Fe薄膜样品表面电势 [4]KPFM应用KPFM在材料科学、电子学和纳米技术等领域具有广泛的应用，常见的应用包括：表面电势分布：测量和成像材料表面的局部电势分布。功函数测量：研究材料的功函数变化，特别是对于不同材料的界面和缺陷。半导体器件：分析半导体器件中的电势分布和电学特性。有机电子学：研究有机半导体和有机电子器件的表面电势。应用实例Au-Ti条带状电极片表面电势05SCM（Scanning Capacitance Microscopy，扫描电容显微镜）扫描电容显微镜（Canning Capacitance Microscopy，SCM）是一种用于测量和成像样品表面的电容变化的扫描探针显微镜。SCM能够通过探针与样品表面之间的电容变化，提供高分辨率的局部电学特性图像。这种显微镜适用于研究半导体材料和器件的电学特性，如掺杂浓度分布、电荷分布和界面特性等。SCM在半导体工艺和材料研究、故障分析以及器件优化中发挥着重要作用。通过SCM，研究人员能够获得纳米尺度的电学特性信息，从而推动半导体技术的发展和创新。SCM原理示意图 [5]SCM应用SCM主要应用于半导体材料和器件的研究，广泛应用于电子学和材料科学领域。具体应用包括：掺杂分布：测量和成像半导体材料中的掺杂浓度分布。电荷分布：研究半导体器件中的电荷分布和电场。材料特性：分析不同材料的电容特性和介电常数。06致真精密仪器自主研发的原子力显微镜科研级原子力显微镜AtomEdge产品介绍利用微悬臂探针结构对导体、半导体、绝缘品等固体材料进行三维样貌表征，纵向噪音水平低至0.03 nm(开环），可实现样品表面单个原子层结构形貌图像绘制。可以测量表面的弹性、塑性、硬度、黏着力、磁性、电极化等性质，还可以在真空，大气或溶液下工作，在材料研究中获得了广泛的使用。设备亮点● 多种工作模式● 适配环境：空气、液相● 多功能配置● 稳定性强● 可拓展性良好典型案例晶圆级原子力显微镜Wafer Mapper-M产品介绍利用微悬臂探针结构可对导体、半导体、绝缘品等固体材料进行三维样貌表征。样品台兼容12寸晶圆，电动样品定位台与光学图像相结合，可在300X300mm区域实现1μm的定位精度，激光对准，探针逼近和扫描参数调整完全自动化操作。可用于产线，对晶圆粗糙度进行精密测试。设备亮点● 多种工作模式● 适配环境：空气、液相● 可旋转式扫描头● 多功能配置● 稳定性强、可拓展性良好典型案例参考文献：[1]Li S, Du A, Wang Y, et al. Experimental demonstration of skyrmionic magnetic tunnel junction at room temperature[J]. Science Bulletin, 2022, 67(7): 691-699.[2]Kalinin SV, Gruverman A, eds. Scanning Probe Microscopy: Electrical and Electromechanical Phenomena at the Nanoscale. Springer 2007.[3] https://www.afmworkshop.com/products/modes/electric-force-microscopy[4] https://www.ornl.gov/content/electrostatic-and-kelvin-probe-force-microscopy[5] Abdollahi A, Domingo N, Arias I, et al. Converse flexoelectricity yields large piezoresponse force microscopy signals in non-piezoelectric materials[J]. Nature communications, 2019, 10(1): 1266.本文由致真精密仪器原创，转载请标明出处致真精密仪器拥有强大的自主研发和创新能力，产品稳定精良，多次助力中国科研工作者取得高水平科研成果。我们希望与更多优秀科研工作者合作，持续提供更加专业的技术服务和完善的行业解决方案！欢迎联系我们！致真精密仪器一直以来致力于实现高端科技仪器和集成电路测试设备的自主可控和国产替代。通过工程化和产业化攻关，已经研发了一系列磁学与自旋电子学领域的前沿科研设备，包括“原子力显微镜、高精度VSM、MOKE等磁学测量设备、各类磁场探针台、磁性芯片测试机等产线级设备、物理气相沉积设备、芯片制造与应用教学训练成套系统等”等，如有需要，我们的产品专家可以提供免费的项目申报辅助、产品调研与报价、采购论证工作。另外，我们可以为各位老师提供免费测试服务，有“磁畴测试”、“SOT磁畴翻转”、“斯格明子观测”、“转角/变场二次谐波”、“ST-FMR测量”、“磁控溅射镀膜”等相关需求的老师，可以随时与我们联系。

北京正负电子对撞机上的北京谱仪III（BESIII）实验实现了一种全新方法，为研究物质和反物质之间的差异提供了极其灵敏的探针。6月2日，相关研究成果刊发于《自然》杂志。　　论文所有匿名评审都对这一成果大加赞赏：“创新的测量方法”“很重要”“很新颖”“吸引人”“非常有前景”… … 到底是什么成果，竟让匿名评审们如此兴奋？　　不好好“组CP”的反物质　　“正反物质不对称性”是困扰科学界半个多世纪的问题，也是粒子物理学家一直在寻找的现象。他们常会提到一个词——“CP破坏”。　　“CP破坏”里的“CP”，和我们平时常说的“组CP”里的“CP”（情侣档）并不是一码事。　　130亿年前，宇宙在发生大爆炸之后迅速膨胀、冷却，大量正反粒子彼此结合、湮没。然而，就像闹了别扭的情侣一样，正反粒子在结合湮没的过程中，行为出现了一些不同。每十亿个正反粒子湮没的过程中，就有一个正物质粒子被留了下来，并最终组成了当今宇宙中所有的物质。　　科学家将正粒子和反粒子衰变过程不一样的现象，称为“CP破坏”。　　“CP破坏”的名字与李政道、杨振宁密切相关。他们提出并获得诺贝尔物理学奖的“宇称不守恒定律”认为，粒子的弱相互作用中存在“镜像”空间反射不对称性。　　在此基础上，科学家总结出了“CP破坏”。“CP破坏现象可以用来解释为什么我们的世界中只有正物质，没有反物质。”中国科学院高能物理研究所所长、中国科学院院士王贻芳告诉《中国科学报》。　　宇宙原初反物质为何消失？　　超子CP破坏有望解谜　　自上个世纪60年代以来，国外科学家已经相继在介子系统中发现了CP破坏。可是，正反物质的不对称性并没有因此得到完美解释。　　“在构成世界的主要粒子中，介子数量很少，介子衰变时多出来的正物质并不足以形成现在的世界。”王贻芳说。　　与数量稀少的介子不同，重子是构成世界的主要粒子。“如果能在重子中找到CP破坏，我们就能够更好地理解宇宙原初反物质消失之谜。”王贻芳说。　　遗憾的是，科学家从未在重子衰变中发现过CP破坏，原因在于“弱衰变信号有时会被强相互作用掩盖”。“所以要想看到重子的CP破坏，就需要有足够高灵敏度和创新性的实验方法，把弱相互作用与强相互作用的信号区分开来。”王贻芳说。　　超子是重子中的一种，类似于质子，但寿命很短，因此不像质子那样可以存在于我们身边。在超子中，有一个名叫“科西超子”的成员，由两个奇异夸克和一个轻夸克组成，当奇异夸克发生弱衰变时，它便消失了。　　超子衰变被科学家视为“寻找CP破坏的一个很有希望的狩猎场”，因为测量CP破坏时需要的一些信息可以通过超子的衰变直接测量。　　发现了高精度测量方法　　从2009年起，BESIII实验从正负电子对撞出的“碎片”中，收集到了约100亿J/psi粒子。这种名叫“J/psi”的粒子会衰变产生正—反科西超子，之后，正—反科西超子还会继续衰变、消失。　　BESIII实验组的科研人员用了100亿粒子事例中的13亿，分析出了正—反科西超子的诞生过程，重建出7万多个正—反科西超子对。如此一来，BESIII就成了一个干净、小巧的科西超子“工厂”。　　“干净”是因为本底污染率小于千分之一水平。“小”是因为BESIII实验中，超子产额并不算多。“巧”是因为BESIII实验的敏感度足够高。　　“我们的超子产额只有美国费米实验室一个叫HyperCP实验产额的千分之一，但单事例的敏感度是HyperCP单事例的一千倍。”BES III实验发言人、中科院高能物理研究所研究员李海波说。　　在分析数据时，BESIII实验组的科研人员发现了一种高精度测量超子CP破坏的方法。　　早先，他们发现，刚衰变出来的正科西超子和反科西超子之间存在一种特殊的现象——“量子纠缠”。于是，利用这种独特的量子纠缠效应，再结合科西超子其他数据信息，实验人员不仅从海量数据中同时找出了正科西超子、反科西超子的衰变信号，还以前所未有的精度测量出正—反科西超子的不对称参数。　　“新方法解决了30年来不能同时高效地对超子和其反粒子测量的困境，也给出了更丰富的CP破坏测量结果。”李海波说。　　“这一成果已经引起国际同行的关注，相关研究人员被2021年国际轻子光子大会邀请作大会专题报告，成为这一领域的新星。”王贻芳说。　　暂未发现新物理现象，将分析更多数据　　遗憾的是，BESIII实验组此次的测量结果并没有显示出超子的CP破坏迹象。即便如此，新方法的发现依然得到了国际匿名评审的认可。　　一位匿名评审点评说：“即使尚未发现CP破坏的新迹象，但研究方法上仍然很有趣。”另一位匿名评审认为：“新方法为将来的实验指明了方向，铺平了道路。”　　“这一创新方法为我们未来确认或排除超出标准模型的CP破坏来源带来了希望。”王贻芳说。　　抱着这样的希望，实验组正在向更高的测量精度发起挑战。“我们希望在不远的将来，能够用这种测量方法发现超子CP破坏的实验证据。”王贻芳表示，BESIII实验组正在分析100亿粒子衰变数据，测量精度有望再提高3倍左右。　　目前，这支由我国主要开展研究的实验团队面临着激烈的国际竞争。　　“欧洲核子中心的大型强子对撞机底夸克探测器（LHC-b）也正在大量制造超子。不过，他们的本底污染率比我们高。”李海波告诉《中国科学报》，BESIII实验组在测量上的优势在于BESIII实验“完美的探测器设计”。　　BESIII是我国历史上最早的粒子物理大科学装置——北京正负电子对撞机上的探测器。它关注两个科学问题：夸克如何组成物质粒子和宇宙物质—反物质不对称的起源。　　王贻芳介绍，从2009年至今，BESIII实验已经发表了400余篇研究成果。该探测器计划运行到2030年。　　作为我国自主研发的大型高能实验装置，BESIII实验吸引了来自17个国家80家科研机构的约500个科研人员，是目前国内正在运行的最大国际合作组。此次发表的新成果由中国科学家和国外合作者共同完成。

岛津电子探针用户高级应用培训&mdash &mdash 杭州站 电子探针作为微区形貌观察与元素定性定量分析完美结合的仪器，随着国内日益提高的分析测试要求，市场需求量也逐步扩大，从上世纪八九十年代的年均1-2台，到近几年的年均十余台。 为与中国用户共同提高应用水平，岛津公司全球应用开发中心EPMA高级应用工程师&mdash 加藤治彦先生于3月15-18日在中国石油杭州地质研究院进行了钢铁、地质行业复杂样品的应用培训。在为期4天的培训中，针对钢铁、地质行业复杂样品从理论知识到上机操作进行了系统学习。在最后阶段的客户实际测试中，都取得了满意的分析结果，培训效果得到客户的积极肯定。 据悉，本次培训是岛津电子探针高级应用培训的第一站，今后将应客户的需求，陆续在用户现场进行专业化、能够保证每个人培训效果的小规模培训班。 电子探针是什么仪器？电子探针利用高能（典型的加速电压为1～40kV）的聚焦电子束（典型的电子束直径为1mm或更细）照射试样的表面，从而在微米级的区域内激发出大量携带着各种信息的量子信号，如用于定性、定量分析的特征X射线，用于形貌观察的二次电子，用于利用有效原子序数进行成分分析和形貌分析的背散射电子，用于价带电子结构研究的阴极发光等等。结合电子束扫描和／或样品台扫描，电子探针还可以对样品的表面进行数十微米至10厘米的区域的扫描分析，可以提供此区域内的元素成分定性、定量分析及其分布的信息。目前最先进的电子探针的二次电子像分辨率为5～6纳米，放大倍数可从低倍至几十万倍。电子探针的元素成分检测灵敏度可达10-6量级，可分析的元素为5B~92U（选用特殊的分光晶体，亦可分析4Be）。电子探针具备一套与电子光学系统共分析点的光学系统，可以直接地对样品的分析区域和分析点进行观察并确定分析位置。该光学系统的观察结果有别于以形貌观察的二次电子图像，尤其对磨制成金相样品或矿物薄片的试样来说更为方便和准确。电子探针的检测方式为晶体分光后的X射线强度检测的波谱仪，有别于扫描电镜上先检测后分光的X射线能谱仪。前者比后者具备更高的检测分辨率，一些钢铁和矿石中常见的能谱仪很难分辨的元素（如S和Mo，以及稀土元素的分量）在波谱仪中却可以非常简便地得以分析。因此，电子探针在科研、工业产品开发、质量管理及生产在线检查方面发挥着重要的作用。 岛津电子探针的特色 岛津公司作为专业的分析仪器生产厂家，从1960年生产出首台电子探针以来，不断追求高品质，于2010年推出新品EPMA-1720，经实际安装使用后，获得用户好评。◆完美设计的X射线分光器可以实现高灵敏度· 高精度分析 X射线取出角决定分析性能，52.512潞' type="#_x0000_t75" 高取出角更胜一筹 分光晶体采用全聚焦Johanson（约翰逊）型晶体 最多可配置5台高灵敏度· 高分率兼备的4英寸分光器◆只需鼠标即可完成所有动态操作，大大提高了分析工作效率◆简单的日常维护，免去后顾之忧 资料索取

纳米颗粒（特别是当粒径小于20 nm时）所展现出的诸多新奇光学性质，一直是令无数研究人员着迷的话题。研究人员一方面不断探索、发掘新的现象并尝试给予解释，一方面积地尝试将各种新奇的性质应用于改善人们的生活。随着纳米颗粒相关领域研究的蓬勃发展，高品质纳米颗粒的合成以及宏量制备已经成为现实。然而，随着研究需求与实际应用需求的不断提升，不论是实验抑或是生产，对纳米颗粒的定位与组装的精度和可靠性的要求也越来越高。由于纳米颗粒的特殊物性，以及其与衬底及周围环境的作用方式，展现出了诸多新奇的特点，从而使得对于颗粒的定位、组装伴随着新的挑战。尤其是当颗粒粒径小于20纳米时，迄今仍缺少简单高效、工艺兼容性好、度高的组装及定位方式。有鉴于前述问题，南京大学张伟华教授与鲁振达教授课题组，发展了一种改性模板技术来实现高精度的纳米颗粒组装技术。相关成果以 “Deterministic Assembly of Single Sub-20 nm Functional Nanoparticles Using a Thermally Modified Template with a Scanning Nanoprobe”为题目刊载于知名材料科学刊物Advanced Materials上。南京大学现代工学院官网，亦对此工作进行了详细报道。 以下内容转载自南京大学现代工学院官网“当尺寸下降到20纳米或以下时，纳米颗粒常会呈现出宏观所不具备的特性，如分立能，高吸收性，超顺磁等。特别的，半导体纳米颗粒（量子点）由于其特的量子发光特性，已被广泛的应用在显示、传感、量子信息处理等领域。今天，随着合成技术的发展，各类功能纳米颗粒可控的合成已经成为现实，但如何将这些纳米“乐高”逐个拼接在一起，组成复杂结构甚至器件仍是一个未决的难题。为此，在过去二十年间科学家尝试了各种技术路径，通过化学修饰、静电、颗粒操控等方法实现了微米及亚微米颗粒的组装。但对于20纳米之下的颗粒，由于颗粒-衬底相互作用弱，迄今仍缺少简易、高效、、广适用面的组装方法。目前相对有效的方法依赖表面化学改性与静电作用，其模板制备复杂，仅针对单一材料，难以制备纳米颗粒团簇，更无法解决多种材料异质集成的问题。 有鉴于此，张伟华教授与鲁振达教授课题组合作开发了一种基于热扫描探针改性模板的单颗粒组装技术。该技术将扫描探针的针加热至900 ℃以上，可对聚合物表面刻蚀的同时实现表面改性，使微结构区域的表面能显著升高。实验测量与理论计算显示，改性后局域吸附能的提高可达2倍以上，从而大幅度提高了纳米颗粒在改性区域的组装效率。此外，表面能的升高也使液面在微结构内的接触角降低，增强了颗粒所受毛细力，使其更易于被束缚在微结构当中。图1热表面改性模板辅助纳米组装技术示意图：模板制备与纳米组装过程 该方法不涉及特殊化学键或静电作用，为此对纳米颗粒的材料没有特定要求，相比于传统方法具有更广的适用性。为证实这一点，文章演示了包括单颗10纳米量子点（65%），20纳米金颗粒（95%），20纳米聚苯乙烯荧光小球（97%）等材料的高效组装。通过调整微结构的几何尺寸，该方法能还够制备金纳米颗粒各种规则形状的密堆团簇。 图2小尺寸纳米颗粒的组装结果 a)10纳米量子点 b)20纳米聚苯乙烯荧光小球 c)20纳米金颗粒 d)20纳米金颗粒的各种规则密堆团簇 此外，由于该方法基于扫描探针技术可获取表面形貌信息，使得多步组装结构的对准成为可能。利用此优势，工作演示了量子点-纳米银线耦合结构的制备，展示了该技术在多材料跨尺度异质面的巨大潜力。图3量子点-银纳米线异质结构的制备 a)制备过程示意图 b1)单根银纳米线光镜照片 b2)对应的银纳米线形貌扫描图 b3)在银纳米线部制备微结构 b4)组装量子点后的荧光图像 由于其高精度、高确定性与广适用面，并可与已有工艺结合，该方法有望为集成量子光学信息、光学超分辨、纳米生化传感器等方向带来更多的可能性，推动相关领域的发展。”在此论文当中所谈及的热扫描探针光刻技术（thermal scanning probe lithography，t-SPL），衍生于IBM Research的研发成果，是近年来发展起来的一种可快速、可靠、高精度地实现纳米图案制备的直写技术，其技术核心是利用加热针的热能来诱导局部材料的改性，从而实现图案化。由于特的技术原理，使其具有刻写图案精度高（水平方向特征线宽15 nm/纵向台阶精度2 nm）、原位成像/闭环光刻、套刻与拼接精度高（25 nm）等诸多优势。 热扫描探针刻写技术的更多信息：1. 可参考刊载于Microsystems & Nanoengineering（volume 6, Article number: 16 (2020)）的综述“Thermal scanning probe lithography—a review”。

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

研究背景为了探索待测物微纳米表面形貌，探针扫描成像技术一直是理论研究和实验项目。然而，由于扫描探针受限于传统加工工艺，在组成材料和几何构造等方面在过去几十年中没有显著的研究进展，这也限制了基于力传感反馈的测量性能。 如何减少甚至避免因此带来的柔软样品表面的形变，以实现对原始表面的精确成像一直是一个重要议题。 Nanoscribe设备加工的“减震器“纳米探针近日，东南大学生物科学与医学工程学院、生物电子学国家重点实验室顾忠泽教授和赵祥伟教授等人在Nature热门子刊Nature Communications上报道了一种新的扫描探针设计和加工方案，使用德国Nanoscribe公司的微纳3D打印系统制作一种基于层次堆叠单元的低密度三维微纳结构，旨在利用谭政自身机械特性来减少探针-样品的过度机械作用。在该工作中，研究人员借鉴生物组织的多孔结构在能量吸收，传导和缓释的有效作用，提出了低密度的结构可控机械材料（Materials with Controlled Microstructural Architecture, MCMA）, 作为探针本体的构筑设计，并且通过 Nanoscribe公司先进的微纳米增材技术进行激光直写制备。微结构缓冲材料与扫描成像系统的创新集成为尖端成像方案开辟了林一条道路，促进了基于3D激光直写制备的多功能扫描探针成像系统的发展。Nanoscribe公司的系列产品是基于双光子聚合原理的高精度微纳3D打印系统，双光子聚合技术是实现微纳尺度3D打印最有效的技术，其打印物体的最小特征尺寸可达亚微米级，并可达到光学质量表面的要求。Nanoscribe Photonic Professional GT2使用双光子聚合(2PP)来产生几乎任何3D形状：晶格、木堆型结构、自由设计的图案、顺滑的轮廓、锐利的边缘、表面的和内置倒扣以及桥接结构。Photonic Professional GT2 结合了设计的灵活性和操控的简洁性，以及广泛的材料-基板选择。因此，它是一个理想的科学仪器和工业快速成型设备，适用于多用户共享平台和研究实验室。了解更多双光子微纳3D打印技术和产品信息请咨询Nanoscribe中国分公司纳糯三维科技（上海）有限公司Photonic Professional GT2 双光子微纳3D打印设备Quantum X 灰度光刻微纳打印设备

上世纪五十年代末期，诺奖得主、物理学鬼才理查德费曼在加州理工学院的物理年会上，作了题为《There' s Plenty of Room at the Bottom》的报告，具前瞻性地提出了他对于纳米尺度操作及控制的框架性想法，并由此开启了无数科研工作者在纳米尺度上探究物质奥秘并通过相关的纳米技术来改变、造福人类的道路。同样是在上世纪五六十年代，采用平面处理工艺批量制备晶体管的策略出现，由此开启了集成电路产业的飞速发展。摩尔博士在六十年代中期提出了著名的摩尔定律“当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍”。而其中元器件数量的增多，是通过不断缩小元器件的关键尺寸来实现的。不论是在纳米尺度上进行探索，或是与人们生活息息相关的集成电路产业发展，都需要制备各种各样的纳米结构、纳米功能单元或纳米器件。而在制备各类纳米结构的过程中，为重要的操作就是通过光刻来实现在不同的材料上定义图案区域。目前，在工业上，先进的EUV光刻机具备7 nm技术节点的制备工艺中所需的图形加工能力，但其单值高，比一架F-35战斗机的价格还会高出不少。对于科研工作者来说，目前通常采用的基于光学曝光原理的科研光刻设备（科研的无掩模曝光系统、掩模对准式曝光系统等），能够实现的图形加工分辨率一般在微米尺度或亚微米尺度。而随着研究对象尺度的不断减小，对纳米尺度结构构筑的需求，上述基于光学曝光原理的科研光刻系统显然是不能够完全满足的。基于聚焦电子束、离子束的各类图案化加工设备，比如电子束光刻系统、聚焦离子束系统等，能够有效满足科研中对于纳米尺寸的图形加工需求。然而，由于电子束流和离子束流需要聚焦，这类设备通常由较为复杂的电子光学系统构成，因此价格相较于上述科研光学光刻设备要高出很多（即使是科研的电子束曝光系统，其单值也远超科研的光学曝光设备）。另一方面，聚焦电子束、离子束系统的复杂性也对操作人员和设备维护人员提出了较高的要求。 图1 热扫描探针光刻系统诱导材料局部变化的三种机制 在科研领域中，扫描探针光刻（thermal scanning probe lithography）是另一种颇受关注的图案化工艺方案，能够实现纳米（甚至原子的）图案制备的需求，其核心思路是通过纳米针诱导材料表面局部的改性来实现图案化。纳米针诱导材料表面改性的机制有很多种，包括力学、电学、热学、扩散等等，也由此产生了许多不同的扫描探针光刻技术。在诸多的扫描探针光刻技术中，热扫描探针光刻技术（thermal scanning probe lithography，t-SPL）是近年来发展起来的一种可快速、可靠、高精度地实现纳米图案化工艺，其技术核心是利用加热针的热能来诱导局部材料的改性。通常，热是材料转化中较为普遍的驱动因素，在很多材料中能诱导结晶、蒸发、熔化等改性现象。在纳米尺度上，由于只有很小的体积被加热，所以材料改性的特征时间是以纳秒量来计算的。因此，加热几微秒就足以改变针下的材料。对于刻写速度而言，悬臂梁的机械扫描运动成为图案化工艺速度方面的主要限制。然而，凭借扫描探针领域良好的技术积累，目前可以实现高达20 mm/s的刻写速度，能够满足大多数科研上的图案化制备工艺需求。同时在微纳图案结构的加工精度及分辨率方面，热扫描探针光刻技术可以实现特征线宽在10 nm以下的微纳结构的制备。图2 利用热扫描探针光刻进行热敏抗刻蚀剂的图案化工艺后，结合各类工艺实现的微纳结构及器件案例 作为一种高精度图案化工艺设备，近些年来热扫描探针光刻技术得到飞速发展，然而很多研究人员还比较陌生。着眼于此，洛桑联邦理工的S. T. Howell博士以及瑞士Swisslitho的F. Holzner博士撰写了综述《Thermal scanning probe lithography—a review》（已于2020年4月6日刊载在NPG旗下期刊Microsystems & Nanoengineering，详细信息可参考链接https://doi.org/10.1038/s41378-019-0124-8），Howell等人向大家详细介绍了热扫描探针光刻的历史、原理、图案转移工艺以及在基于新型低维材料的微纳电子器件、自旋电子器件、光子学微纳结构、微纳流控、微纳机电等领域的应用案例。图3 利用热扫描探针光刻进行定域材料转换的应用案例 另一方面，不同于很多新型光刻策略还停留在实验室中，瑞士Swisslitho公司已经成功将热扫描探针光刻技术商品化，名为NanoFrazor。在国内外的诸多用户当中，已有不少基于NanoFrazor制备的结构而开展的研究，相关结果也都发表在了Science、Nature、PRL、等高水平期刊上。图4 热扫描探针诱导的增材工艺的应用案例

斯伦贝谢公司推出高精度核磁共振仪器CMR-MagniPHI，主要针对有机页岩和非常规页岩，上限温度177℃，共振频率2MHz，可以从非常小的孔隙中获取高清核磁共振数据，提高对不同流体类型的识别。该仪器在回波间隔只有200μs的情况下,进行连续的T1纵向弛豫时间测量,确定出页岩孔隙度和储层流体类型和体积，用于求解可动油和不可动油、高黏度碳氢化合物、游离水、毛细管束缚水和黏土束缚水。除了在储量计算方面有更大的确定性外,还为页岩气储层侧向钻井钻遇点的选择、设计工程完井和压裂作业提供了新技术。测量原理与CMR(PLUS)一维核磁共振测井仪器不同，CMR-MagniPHI高分辨核磁共振测井仪在测量得到更加精确的孔隙度信息的同时，能够对T1和T2谱进行测量，从而提供T2-T1二维谱信息。通过T1差异，可以识别出可动油、不可动油、高粘度烃、自由水、毛管束缚水和粘土水。在页岩油气储层勘探开发中，将T2、T1弛豫谱结合，可以从有机质页岩最小孔隙度中获取高分辨核磁共振数据，以提高对不同流体类型的识别能力。CMR-MagniPHI 服务采用质子计数来利用 NMR 对氢原子的敏感性与服务的短回波间隔相关。这种评估 GIP 的方法提供了对整个页岩的直接和连续测量，独立于压力、温度或其他常用模型参数，而不管气体是游离的还是被吸附的，也不需要岩心。测量技术指标输出参数纵向弛豫时间(T1)和横向弛豫时间(T2)分布的连续测量；总孔隙度；高清测绘图和连续测井曲线；可动和不可动油；高黏度烃；游离水、毛细管束缚和黏土束缚水；多种渗透率相关性；MRF核磁共振流体识别油、气、水体积测井曲线及油黏度；水和油T2分布；校正后的含烃渗透率；油水测井均值T2分布。测井速度/(mh-1)束缚流体模式:549；长T1 环境:244；T1 T2 模式:137； 测量范围孔隙度:0~100p.u. 最小回波间隔:200μmT2 分布:0.3ms~8.0s标称的原始信噪比:32dB垂直分辨率/cm静态:测量孔径15.24动态(高精度模式):三级平均垂直分辨率22.86动态(标准模式):三级平均垂直分辨率45.72动态(快速模式):三级平均垂直分辨率76.20精度/p.u.总NMR孔隙度标准偏差:温度为24℃时，三级平均为±1.0NMR游离流体孔隙度标准差:24℃时，三级平均为±0.5探测深度/cm盲区(2.5%):1.27；中值(50%):2.84；最大值(95%):3.81机械技术指标 实践应用2021年第二季度，斯伦贝谢的新技术在全球各国得到越来越多的采用。以中国为例，斯伦贝谢首次部署了CMR-MagniPHI 高清核磁共振服务，完成了中国石油最大的页岩油勘探项目在大庆油田的测井作业。CMR-MagniPHI服务孔隙度和流体测绘数据，结合FMI-HD高清地层显微成像仪和Litho Scanner高清光谱服务数据，使中国石油能够确定可动油的存在，这成为页岩油评价的关键。

p style="line-height: 1.5em " 一根细细的金属探针正在一块名片大小的电路板上循环画圈，探针内流下的液体逐渐围成一个圆环。“这是我们通过3D打印而成的微电极阵列，再用硅胶进行二次加工后，可用于药物机理检测等领域，检测效率将大大提升。”日前，在西湖大学精密智造实验室，正在显示屏前监测情况的西湖大学工学院周南嘉实验室博士生朱沛然对记者说。/pp style="margin-top: 10px line-height: 1.5em "　　西湖大学工学院特聘研究员周南嘉团队自主研发的这项微米级精度三维精密制造技术，是目前国内最高精度的电子3D打印技术，以新材料作为突破3D打印精度极限的核心，设计全新的3D打印功能材料，实现了百纳米至微米级别电子3D打印。/pp style="margin-top: 10px line-height: 1.5em "　“我们开展的最小尺度的3D打印，就是直接在芯片上用3D打印进行加工。”周南嘉说。周南嘉团队将3D多材料打印技术引入芯片级高端制造领域，利用3D打印技术进行三维高精度光电封装、制造高频无源器件，例如可将天线尺寸缩小到十微米至百微米级别。周南嘉介绍，这一做法较现有的加工方式，在精度上提升了1个到2个数量级，从而让3D打印技术得以应用到毫米波技术、光通讯、微型机器人、柔性电子等领域，为未来小型化、集成化、个性化电子设备提供新的制造方案。/pp style="margin-top: 10px line-height: 1.5em text-align: center "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202011/uepic/8b30d035-636c-4309-892f-b615fbb5a600.jpg" title="t011b1664dd6ab99891.webp.jpg" alt="t011b1664dd6ab99891.webp.jpg"//pp style="margin-top: 10px line-height: 1.5em text-align: center "span style="font-family: 宋体, SimSun "strongspan style="color: rgb(63, 63, 63) "西湖大学工学院特聘研究员 周南嘉/span/strong/span/pp style="margin-top: 10px line-height: 1.5em " 当下，电子与光学领域核心功能器件与系统加工对技术精度的要求越来越高，传统工艺难以满足产品需求；同时，目前市场上为人所熟知的3D打印主要以激光烧结、光固化等工艺为主，其产品主要为金属、航空件以及塑料等聚合物，但这些3D打印产品往往仅具备结构而无法功能化。这些都成为当下相关行业领域的痛点。/pp style="margin-top: 10px line-height: 1.5em " 在周南嘉看来，3D 打印并不只是能够实现具体的结构，更重要的是实现特定的功能。依托西湖大学精密制造实验室及浙江省3D微纳加工与表征重点实验室，周南嘉以精密增材制造技术为核心，基于先进功能材料和三维集成技术方面的优势，开发了多材料、多尺度的灵活加工工艺。/pp style="margin-top: 10px line-height: 1.5em " “在超高精度 3D 打印方面，工艺本身并不复杂，要实现超高精度以及多样化功能，真正在实际应用上取得突破，从源头出发，实现材料方面的突破才是关键。”周南嘉说。通过材料和技术两方面的努力，突破目前的打印精度之后，其团队自主研发的微米、亚微米级3D打印技术与材料体系成功解决了这些难题。“其实，今后生活中常见的显示屏、手机、可穿戴设备、无人机、汽车导航、医疗健康仪器等许多电子产品的‘内脏’里，就能找到我们产品的身影。”周南嘉说。/p

什么是扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscope--SPM)? SPM是一个大的种类，目前，SPM家族中已经产生了二三十种显微镜，如扫描隧道显微镜STM）、原子 （力显微镜（AFM）、磁力显微镜（MFM）、静电力显微镜（EFM）、近场光学显微镜（SNOM）等等。 SPM的工作原理是基于微观或介观范围的各种物理特性，通过原子线度的极细探针在被研 究物质的表 面上方扫描时检测探针&mdash 样品两者之间的相互作用,以得到被研究物质的表面特性，不同类型的SPM之间 的主要区别在于它们的针尖特性及其相应的针尖----样品相互作用方式的不同。 　 扫描隧道显微镜模块： 　 STM（Scanning Tunneling Microscope的简称）的工作原理来源于量子力学中的隧道效应原理。 当金属探针在与导电样品非常接近时（小于1nm），控制探针在样品表面进行逐行扫描，检测探针与样 品间隧道电流的变化来获取样品表面形貌、I-Z、I-V曲线等其它特性。 由于要在探针和样品间产生并传输隧道电流，所以只能检测导电 样品。 　 什么是原子力显微镜（Atomic Force Microscope -- AFM）? AFM是SPM最重要的发展。它控制一个微悬臂探针在样品表面进行逐行扫描，当探针在与样品非 常接近时（小于1nm），由于两者间原子的相互作用力，使对微弱力极敏感的微悬臂发生偏转，再 通过光杠杆作用将微小偏转放大，用四象限光电探测器检测，以获取样品表面形貌和其它物理、化 学特性。AFM按照其成像模式和检测信号的不同，有多种不同的工作模式，适用于不同性质的材料. 样品。 由于AFM对样品没有导电性的要求，应用范围十分广泛，弥补了STM只能观察导电样品的不足。 　 原子力显微镜基础模块： 　 该模块包含原子力显微镜接触模式和横向力模式。 模式 接触模式：微悬臂探针紧压样品表面，扫描过程中与样品保持接触。该 时探 模式分辨率较高，但成像针对样品作用力较大，容易对样品表面形 测表 成划痕，或将样品碎片吸附在针尖上，适合 检测强度较高、结构 稳定的样品。 横向力模式：是接触模式的扩展技术，针尖压在样品表面扫描时，与起 伏力方向垂直的横向力使微悬臂探针左右扭曲，通过检测这种扭 曲，获得样品纳米尺度局域上探针的横向作用力分布图。 原子力显微镜专业模块： 　 该模块包含原子力显微镜轻敲模式和相移模式。 轻敲模式：在扫描过程中微悬臂被压电驱动器激发到共振振荡状态，样 品表面的起伏使微悬臂探 针的振幅产生相应变化，从而得到样品 的表面形貌。 由于该模式下，针尖随着悬臂的振荡，极其短暂地对样品进行&ldquo 敲 击&rdquo ，因此横向力引起的对样品的破坏几乎完全消失，适合检测粉体颗 粒、生物样品及其它柔软、易碎、易吸附的样品，但分辨率接触模式低。 相移模式：是轻敲模式的扩展技术，通过检测微悬臂实际 振动与其驱动信 号源的相位差的变化来成像。引起相移的因素很多，如样品的组分、 硬度、粘弹性、环境阻尼等。因此利用相移模式，可以在纳米尺度上 获得样品表面局域性质的丰富信息。 液相模式：（选配）配有液体池，工作时探针和样品都在液体环境中， 适用于生物样品 摩擦力显微镜模块： 　 原子力显微镜基础模块中的横向力模式可以获得样品与探针的横向作用力分布图。由于影响 横向力的因素很多，主要包括样品移动方向与针尖悬臂角度、样品晶格排列角度、摩擦力、台阶扭动、 粘弹性等，因此，如果能够基本确定其它因素，利用横向力模式可以对样品纳米级摩擦系数进行间接测 量，进行表面裂缝及粘弹性分析等。 摩擦力显微镜是用于定量评价极轻载荷下（10^-7&mdash 10^-9N）薄膜材料的摩擦学特性，通过对针 悬臂 尖及悬臂的力学特性准确标定，能够获取微观摩擦系数，为纳米摩擦学研究提供依据。利用我们独创的 对分模式扫描，可以准确标定针尖悬臂与扫描方向的90度角，以消除针尖放置角度的不准确和扫描器 误安装位置的差；通过设定正压力的变化范围，可以连续改变正压力， 几分钟内就可完成几小时才能 完成的测量过程，而且系统状态变化很小， 使得测量更准确；由于有4通道同步采集，在所有的力测量过程中，我们 可以同时采集到样品的起伏、针尖所受到的起伏力、横向力，可以准确 分析针尖的状态，为精确分析摩擦力提供了更为详实的数据。 　 磁力/静电力显微镜模块： 　 抬起模式：该工作模式分两个阶段,第一阶段与普通原子力显微镜形貌成像一样，在探针与样品间 距1nm以内成像，然后，将探针抬起并一直保持相同距离，进行第二次扫描，该扫描过程可以对一些 相对微弱但作用程较长的作用力进行检测，如磁力或静电力。 磁力显微镜（Magnetic Force Microscope -- MFM）：控制磁性 探针在磁性样品表面进行逐行扫描,利用抬起模式进行二次成像，获得样 品纳米尺度局域上磁畴结构及分布图。 静电力显微镜（Electrostatic Force Microscope -- EFM）： 控制导电探针在样品表面进行逐行扫描，利用抬起模式二次成像，获得 样品纳米尺度局域上静电场分布图。 　 扫描探针声学显微镜模块： 扫描探针声学显微镜（SPAM，Scanning Probe Acoustic Microscope）是将原子力显微镜与电声成 像技术相结合，采用声学成像模式，借用声波记录下物质的内部模样，建立了低频（30kHz）高分 辨率（~10nm）扫描探针声学显微成像技术。其特点是能够获得反映材料亚表面纳米尺度结构的声 学像和性能的原位检测，克服了现有SPM只能获得材料表面结构和性质的不足。迄今为止，反映材 料亚表面纳米尺度结构及有关物性的声学功能模式的SPM在国内外报道甚少。 　 样品定位辅助模块： 　 该模块包含高分辨CCD光学显微系统和高精度电控样品移动平台。 高分辨CCD光学显微系统：在计算机上成像，用于观察探针和样 品，放大80&mdash 600倍。 高精度电控样品移动平台：计算机自动控制，配合 光学显微系统 进行精确样品移动和定位的装置。移动范围5mm*5mm，单步移动步长最小 85nm。 　 纳米加工模块： 　 SPM的纳米加工技术是纳米科技的核心技术之一，常用的加工方法包括机械刻蚀、电致/场致刻 润笔 蚀、浸润笔(Dip-Pen Nano-lithography,DNP)等。其基本原理是利用SPM针尖在样品表面准确移动， 与样 同时控制针尖-样品间的相互作用，就可完成所需的加工过程。 常用的移动方法包括矢量和点阵。矢量法通过矢量产生插件建立矢量数据文件，然后进行刻蚀。 使用这种方法，线条连续，刻蚀速度快，但矢量编辑较为麻烦。点阵法通过插件自动分析需要刻蚀的图 象，在样品上边扫描边刻蚀。这种方法不用编辑矢量，与原图像几乎不失真，但刻蚀速度慢，线条不连 续。可以根据需要选择不同的方法。 　 SPM通用平台开放式开发系统模块： 　 SPM通用平台开放式开发系统是一套完整的SPM模块化开发平台，简称&ldquo 开发系统&rdquo 。包括软件 板和 开发模硬件开发套件。如果您需要在已有的SPM功能上开发特殊要求的功能模块，就需要购买开发系 统。目前，离线软件开发模板我们都免费赠送，鼓励用户亲自开发，或者提出详细要求和算法，委托我 们为SPM定制1-2个特殊功能的处理插件，这都是免费的服务。 软硬件结合的特殊功能的SPM开发就要使用&ldquo 开发系统&rdquo 了。这套系统具体包括软件开发模板、硬件 扩展接口测试箱(硬件扩展实验板组)、硬件接口插件模板、开发手册。该系统的设计充分考虑了用户级 二次开发的方便性、可行性和可靠性。当然，您也可以购&ldquo 开发系统&rdquo ，然后提出IDEA，由我们来帮您 合作完成。 在您了解了各个功能模块后，您可以选型了，我们为了您搭建了四种机型，它们的外形都基本 一样，那是因为这样便于您今后无障碍模块化升级。 模块/型号 ZL STM-II 型 扫描隧道显微镜 ZLAFM-II型 原子力显微镜 ZLAFM-III型 扫描探针显微镜 ZL3000型扫 描探针显微镜 扫描隧道 显微镜模块 　 　 　 　 原子力显微镜 基础模块 　 　 　 　 原子力 显微镜 专业模块 　 　 　 　 摩擦力 显微镜模块 　 　 可选配　 　 磁力/静电力 显微镜模块 　 　 　 　 样品定位 铺助模块 　 可选配 　 　 纳米 加工 模块 　 可选配 可选配 可选配 SPM通用平台 开发系统 　 　 可选配 可选配 扫描探针 声学模块 　 　 可选配 可选配 各功能模块介绍摘要： 1．扫描隧道显微镜只能检测 导电样品，因其有样品的局限性，所以通常作为教学仪器。 2．原子力显微镜对样品没有导电性的要求，应用范围十分广泛。AFM基础模块包括接触模式和横 向模式；AFM专业模块包括轻巧和相移模式。 3．接触模式AFM适合检测表面强度较高、结构稳定的样品。 4．横向力模式AFM可以获得样品纳米尺度局限上探针的横向作用力分布图。 5．轻敲模式AFM适合检测粉体颗粒、生物样品及其它柔软、易碎、易吸附的样品，但分辨率比接 触模式较低。 6．相移模式AFM对不同组分材料的组分变化比较敏感。 7．磁力显微镜可以获得样品纳米尺度局域上磁畴结构及分布图。 8．静电力显微镜可以获得样品纳米尺度局域上静电场分布图。 9．样品定位辅助模块用于实现样品在毫米量级范围内以纳米精度搜寻定位。 10．纳米加工模块用于实现矢量刻蚀和图形刻蚀方法的纳米加工。 11．如需开发特殊功能SPM，需要购买SPM通用平台开放式开发系统。 配置/型号 ZL STM-II ZL AFM-I ZL AFM-II ZL AFM-III ZL 3000 主机 可扩展式电子学控制机箱 多模式扫描探针显微镜组合式探头 扫描隧道显微镜 原子力显微镜 接触/横向力 模式 原子力显微镜 轻敲/相移 模式 摩擦力显微镜 磁力/静电力显微镜 针尖粗调/自动趋近机构 扫描器(单一多量程自适应扫描器不更换技术) 针尖架 扫描隧道模式针尖架 原子力基础模式针尖架 原子力专业模式针尖架 磁力模式针尖架 静电力模式针尖架 组合式纳米级减振系统 1个 包含 包含 包含 包含 包含 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 1套 6&mu m 6&mu m 50&mu m 50&mu m 100&mu m 1个 2个 3个 5个 1个 　 　 　 1套 软件 系统 　 在线控制软件 1套 离线图像处理/分析软件 离线软件开发模板 摩擦力分析软件 　 　 　 　 网络实验室远程控制软件 　 　 　 培训课件/实验教材/科普教材/说明书光盘 　 附件 标准样品 1套 样品载片 5片 5片 10片 10片 15片 STM探针 Pt-Ir 20 20cm 　 20cm AFM接触/横向力/摩擦力模式探针（进口） 　 10枚 AFM轻敲/相移模式探针（进口） 　 　 　 10枚 MFM磁力探针（进口） 　 　 　 　 5枚 EFM导电探针（进口） 5枚 专用工具（镊子、针尖剪刀、玻璃皿 等） 1套 样品 定位 模块 高分辨CCD光学显微系统 可选配 高精度电控样品移动平台 　 　 纳米加工模块 SPM通用平台开放式开发系统 　 　 　 什么是扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscope--SPM)? SPM是一个大的种类，目前，SPM家族中已经产生了二三十种显微镜，如扫描隧道显微镜STM）、原子 （力显微镜（AFM）、磁力显微镜（MFM）、静电力显微镜（EFM）、近场光学显微镜（SNOM）等等。 SPM的工作原理是基于微观或介观范围的各种物理特性，通过原子线度的极细探针在被研 究物质的表 面上方扫描时检测探针&mdash 样品两者之间的相互作用,以得到被研究物质的表面特性，不同类型的SPM之间 的主要区别在于它们的针尖特性及其相应的针尖----样品相互作用方式的不同。 　 扫描隧道显微镜模块： 　 STM（Scanning Tunneling Microscope的简称）的工作原理来源于量子力学中的隧道效应原理。 当金属探针在与导电样品非常接近时（小于1nm），控制探针在样品表面进行逐行扫描，检测探针与样 品间隧道电流的变化来获取样品表面形貌、I-Z、I-V曲线等其它特性。 由于要在探针和样品间产生并传输隧道电流，所以只能检测导电 样品。 　 什么是原子力显微镜（Atomic Force Microscope -- AFM）? AFM是SPM最重要的发展。它控制一个微悬臂探针在样品表面进行逐行扫描，当探针在与样品非 常接近时（小于1nm），由于两者间原子的相互作用力，使对微弱力极敏感的微悬臂发生偏转，再 通过光杠杆作用将微小偏转放大，用四象限光电探测器检测，以获取样品表面形貌和其它物理、化 学特性。AFM按照其成像模式和检测信号的不同，有多种不同的工作模式，适用于不同性质的材料. 样品。 由于AFM对样品没有导电性的要求，应用范围十分广泛，弥补了STM只能观察导电样品的不足。 　 原子力显微镜基础模块： 　 该模块包含原子力显微镜接触模式和横向力模式。 模式 接触模式：微悬臂探针紧压样品表面，扫描过程中与样品保持接触。该 时探 模式分辨率较高，但成像针对样品作用力较大，容易对样品表面形 测表 成划痕，或将样品碎片吸附在针尖上，适合 检测强度较高、结构 稳定的样品。 横向力模式：是接触模式的扩展技术，针尖压在样品表面扫描时，与起 伏力方向垂直的横向力使微悬臂探针左右扭曲，通过检测这种扭 曲，获得样品纳米尺度局域上探针的横向作用力分布图。 原子力显微镜专业模块： 　 该模块包含原子力显微镜轻敲模式和相移模式。 轻敲模式：在扫描过程中微悬臂被压电驱动器激发到共振振荡状态，样 品表面的起伏使微悬臂探 针的振幅产生相应变化，从而得到样品 的表面形貌。 由于该模式下，针尖随着悬臂的振荡，极其短暂地对样品进行&ldquo 敲 击&rdquo ，因此横向力引起的对样品的破坏几乎完全消失，适合检测粉体颗 粒、生物样品及其它柔软、易碎、易吸附的样品，但分辨率接触模式低。 相移模式：是轻敲模式的扩展技术，通过检测微悬臂实际 振动与其驱动信 号源的相位差的变化来成像。引起相移的因素很多，如样品的组分、 硬度、粘弹性、环境阻尼等。因此利用相移模式，可以在纳米尺度上 获得样品表面局域性质的丰富信息。 液相模式：（选配）配有液体池，工作时探针和样品都在液体环境中， 适用于生物样品 摩擦力显微镜模块： 　 原子力显微镜基础模块中的横向力模式可以获得样品与探针的横向作用力分布图。由于影响 横向力的因素很多，主要包括样品移动方向与针尖悬臂角度、样品晶格排列角度、摩擦力、台阶扭动、 粘弹性等，因此，如果能够基本确定其它因素，利用横向力模式可以对样品纳米级摩擦系数进行间接测 量，进行表面裂缝及粘弹性分析等。 摩擦力显微镜是用于定量评价极轻载荷下（10^-7&mdash 10^-9N）薄膜材料的摩擦学特性，通过对针 悬臂 尖及悬臂的力学特性准确标定，能够获取微观摩擦系数，为纳米摩擦学研究提供依据。利用我们独创的 对分模式扫描，可以准确标定针尖悬臂与扫描方向的90度角，以消除针尖放置角度的不准确和扫描器 误安装位置的差；通过设定正压力的变化范围，可以连续改变正压力， 几分钟内就可完成几小时才能 完成的测量过程，而且系统状态变化很小， 使得测量更准确；由于有4通道同步采集，在所有的力测量过程中，我们 可以同时采集到样品的起伏、针尖所受到的起伏力、横向力，可以准确 分析针尖的状态，为精确分析摩擦力提供了更为详实的数据。 　 磁力/静电力显微镜模块： 　 抬起模式：该工作模式分两个阶段,第一阶段与普通原子力显微镜形貌成像一样，在探针与样品间 距1nm以内成像，然后，将探针抬起并一直保持相同距离，进行第二次扫描，该扫描过程可以对一些 相对微弱但作用程较长的作用力进行检测，如磁力或静电力。 磁力显微镜（Magnetic Force Microscope -- MFM）：控制磁性 探针在磁性样品表面进行逐行扫描,利用抬起模式进行二次成像，获得样 品纳米尺度局域上磁畴结构及分布图。 静电力显微镜（Electrostatic Force Microscope -- EFM）： 控制导电探针在样品表面进行逐行扫描，利用抬起模式二次成像，获得 样品纳米尺度局域上静电场分布图。 　 扫描探针声学显微镜模块： 扫描探针声学显微镜（SPAM，Scanning Probe Acoustic Microscope）是将原子力显微镜与电声成 像技术相结合，采用声学成像模式，借用声波记录下物质的内部模样，建立了低频（30kHz）高分 辨率（~10nm）扫描探针声学显微成像技术。其特点是能够获得反映材料亚表面纳米尺度结构的声 学像和性能的原位检测，克服了现有SPM只能获得材料表面结构和性质的不足。迄今为止，反映材 料亚表面纳米尺度结构及有关物性的声学功能模式的SPM在国内外报道甚少。 　 样品定位辅助模块： 　 该模块包含高分辨CCD光学显微系统和高精度电控样品移动平台。 高分辨CCD光学显微系统：在计算机上成像，用于观察探针和样 品，放大80&mdash 600倍。 高精度电控样品移动平台：计算机自动控制，配合 光学显微系统 进行精确样品移动和定位的装置。移动范围5mm*5mm，单步移动步长最小 85nm。 　 纳米加工模块： 　 SPM的纳米加工技术是纳米科技的核心技术之一，常用的加工方法包括机械刻蚀、电致/场致刻 润笔 蚀、浸润笔(Dip-Pen Nano-lithography,DNP)等。其基本原理是利用SPM针尖在样品表面准确移动， 与样 同时控制针尖-样品间的相互作用，就可完成所需的加工过程。 常用的移动方法包括矢量和点阵。矢量法通过矢量产生插件建立矢量数据文件，然后进行刻蚀。 使用这种方法，线条连续，刻蚀速度快，但矢量编辑较为麻烦。点阵法通过插件自动分析需要刻蚀的图 象，在样品上边扫描边刻蚀。这种方法不用编辑矢量，与原图像几乎不失真，但刻蚀速度慢，线条不连 续。可以根据需要选择不同的方法。 　 SPM通用平台开放式开发系统模块： 　 SPM通用平台开放式开发系统是一套完整的SPM模块化开发平台，简称&ldquo 开发系统&rdquo 。包括软件 板和 开发模硬件开发套件。如果您需要在已有的SPM功能上开发特殊要求的功能模块，就需要购买开发系 统。目前，离线软件开发模板我们都免费赠送，鼓励用户亲自开发，或者提出详细要求和算法，委托我 们为SPM定制1-2个特殊功能的处理插件，这都是免费的服务。 软硬件结合的特殊功能的SPM开发就要使用&ldquo 开发系统&rdquo 了。这套系统具体包括软件开发模板、硬件 扩展接口测试箱(硬件扩展实验板组)、硬件接口插件模板、开发手册。该系统的设计充分考虑了用户级 二次开发的方便性、可行性和可靠性。当然，您也可以购&ldquo 开发系统&rdquo ，然后提出IDEA，由我们来帮您 合作完成。 在您了解了各个功能模块后，您可以选型了，我们为了您搭建了四种机型，它们的外形都基本 一样，那是因为这样便于您今后无障碍模块化升级。 模块/型号 ZL STM-II 型 扫描隧道显微镜 ZLAFM-II型 原子力显微镜 ZLAFM-III型 扫描探针显微镜 ZL3000型扫 描探针显微镜 扫描隧道 显微镜模块 　 　 　 　 原子力显微镜 基础模块 　 　 　 　 原子力 显微镜 专业模块 　 　 　 　 摩擦力 显微镜模块 　 　 可选配　 　 磁力/静电力 显微镜模块 　 　 　 　 样品定位 铺助模块 　 可选配 　 　 纳米 加工 模块 　 可选配 可选配 可选配 SPM通用平台 开发系统 　 　 可选配 可选配 扫描探针 声学模块 　 　 可选配 可选配 各功能模块介绍摘要： 1．扫描隧道显微镜只能检测 导电样品，因其有样品的局限性，所以通常作为教学仪器。 2．原子力显微镜对样品没有导电性的要求，应用范围十分广泛。AFM基础模块包括接触模式和横 向模式；AFM专业模块包括轻巧和相移模式。 3．接触模式AFM适合检测表面强度较高、结构稳定的样品。 4．横向力模式AFM可以获得样品纳米尺度局限上探针的横向作用力分布图。 5．轻敲模式AFM适合检测粉体颗粒、生物样品及其它柔软、易碎、易吸附的样品，但分辨率比接 触模式较低。 6．相移模式AFM对不同组分材料的组分变化比较敏感。 7．磁力显微镜可以获得样品纳米尺度局域上磁畴结构及分布图。 8．静电力显微镜可以获得样品纳米尺度局域上静电场分布图。 9．样品定位辅助模块用于实现样品在毫米量级范围内以纳米精度搜寻定位。 10．纳米加工模块用于实现矢量刻蚀和图形刻蚀方法的纳米加工。 11．如需开发特殊功能SPM，需要购买SPM通用平台开放式开发系统。 配置/型号 ZL STM-II ZL AFM-I ZL AFM-II ZL AFM-III ZL 3000 主机 可扩展式电子学控制机箱 多模式扫描探针显微镜组合式探头 扫描隧道显微镜 原子力显微镜 接触/横向力 模式 原子力显微镜 轻敲/相移 模式 摩擦力显微镜 磁力/静电力显微镜 针尖粗调/自动趋近机构 扫描器(单一多量程自适应扫描器不更换技术) 针尖架 扫描隧道模式针尖架 原子力基础模式针尖架 原子力专业模式针尖架 磁力模式针尖架 静电力模式针尖架 组合式纳米级减振系统 1个 包含 包含 包含 包含 包含 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 1套 6&mu m 6&mu m 50&mu m 50&mu m 100&mu m 1个 2个 3个 5个 1个 　 　 　 1套 软件 系统 　 在线控制软件 1套 离线图像处理/分析软件 离线软件开发模板 摩擦力分析软件 　 　 　 　 网络实验室远程控制软件 　 　 　 培训课件/实验教材/科普教材/说明书光盘 　 附件 标准样品 1套 样品载片 5片 5片 10片 10片 15片 STM探针 Pt-Ir 20 20cm 　 20cm AFM接触/横向力/摩擦力模式探针（进口） 　 10枚 AFM轻敲/相移模式探针（进口） 　 　 　 10枚 MFM磁力探针（进口） 　 　 　 　 5枚 EFM导电探针（进口） 5枚 专用工具（镊子、针尖剪刀、玻璃皿 等） 1套 样品 定位 模块 高分辨CCD光学显微系统 可选配 高精度电控样品移动平台 　 　 纳米加工模块 SPM通用平台开放式开发系统

在铁轨上，一条细如发丝的裂纹都会引发车毁人亡的悲剧。因此，轮轴探伤的高精度仪器均由美、德、法等国外公司垄断，且每部售价高达百万元。一位武汉小伙却打破了外国人几十年的垄断格局，并让&ldquo 武汉造&rdquo 的这一高精度仪器出口。9月27日和28日在武汉国际会展中心举行的创业赶集会上，武汉小伙王伟贤将带着他的十几款专利产品，亮相展会。　　王贤伟原是武汉铁路局下属公司的一名外聘员工，他仅用一根线加一台计算机，就能实现铁轨探伤。　　2008年的一天，铁道部组织了一场&ldquo 探伤比武&rdquo ，看哪家公司能最精准地找到铁轨上的缺陷。当时的王贤伟在公司做软件，被通知加入项目小组。　　王贤伟还清晰地记得，在探伤比赛中，自己的团队能凭波纹而不是设备输出数据就能看出设备缺陷，但外国公司虽有先进仪器却探不出问题。与此同时，王贤伟发现进口公司的误报率也比较高，可能一个轮子只有一个缺陷，而对方报十几个，甄别错误的能力很差。　　从此，他便开始研究探伤仪器市场。他发现，面对国外发达国家对国内高技术出口的限制，铁路探伤领域已经被美国、德国、法国等国外公司瓜分垄断，价格也被哄抬得离谱。王贤伟说：&ldquo 老外的仪器给我们报价120万，其实成本只需5000元。&rdquo 　　面对如此暴利的市场，王贤伟看到了商机，于是他和另一个同学自筹资金，联合成立了武汉翰铁科技公司。在当时，国内同行业的公司仅有两家。　　成立公司后，他将第一个产品定位在自己觉得容易的&ldquo 工艺转向架&rdquo 上，但依旧困难重重。最先遇到的问题是国外相关产品的驱动动力技术甚至装置都不出口到中国，对中国进行技术限制，怎么办?王贤伟知道，虽然可以绕道到国外购买，但成本之高肯定会让刚起步的小微公司难以承受。于是，他只能埋头搞技术攻关。　　两年后，公司第一个核心产品终于从实验室里走出来，引起多家公司重点关注，一段时间内，该产品竟然脱销。当时同类外国技术可以把一列动车直线牵走，而他的产品可以让动车转弯!&ldquo 要知道，铁路领域内直线和拐弯起到的作用简直天差地别。此外，进口产品不能定制，我们的则可以定制，性价比高得多，为此吸引了大量客户。&rdquo 王贤伟说道。　　凭借着80后组成的核心科研团队，王贤伟的公司已形成了铁路非标检修设备、超声波探伤设备的技术开发及轻钢结构工程三大系列产品，2011年通过了ISO9001认证。王贤伟说： &ldquo 国外设备能检测2毫米，我们的设备检测平均达到0.5毫米，精度提高4倍，相当于保险系数提高一大截&rdquo 。

半导体测试系统与探针卡知名厂商-思达科技宣布，推出牡羊座Aries Optima MEMS探针卡，是全球首款应用在大量制造的微间距大电流MEMS垂直探针卡。Aries Optima是MEMS探针卡技术的最新巅峰，不仅制订新标准，满足了晶圆级测试的新需求，且进而促使思达科技成为MEMS探针卡技术的市场领导供应商。十多年来，思达科技致力在开发以及部署高价值的垂直探针技术，研发了一套系统和方法，以快速适应市场兴起的需求。思达科技在过去20年间定期推出新产品，满足不断变化、各方面的市场需求，持续实现对于半导体测试行业的承诺，包括增进测试效率、降低测试成本，以及测试精度的优化、达成最佳市场价值等等。Aries Optima系列的MEMS垂直探针卡，设计方面除了满足不断发展的大电流需求外，探针间距也降至45um，可将投资回报率最大化且减少支出，具有更高的价值。思达拥有批量生产的MEMS探针，负载力为550mA，适用于标准应用；在汽车和高功率方面，则可达700mA、最高至150摄氏度。根据半导体市调机构VLSI的报告，受惠于景气回温，其5G拓展、IT基础建设等，推升芯片需求持续成长。这些市场因素驱动MEMS技术更加重视生产效率、减少测试时间与成本，市场占有率也正逐渐提高。相较于传统的Cobra探针，AriesOptima系列稳定的DC和泄漏电流表现，非常适合应用在RF、AP、高功率等等的测试。思达科技执行长刘俊良博士表示：「Aries Optima探针卡是全球第一张微间距MEMS垂直探针卡，支持大电流测试，同时减少客户的测试频率、时间、人力成本等，是下一个世代半导体测试的最佳选择。」

仪器信息网讯 2023年12月22日，由中山大学承办的中国计量测试学会离子与原子探针专业委员会成立大会在广州从化文轩苑会议中心成功召开。离子与原子探针专业委员会是根据离子与原子探针相关领域的生产、研究、应用及教学的发展需要，由中国计量测试学会（以下简称“学会”）批复设立的分支（代表）机构。来自离子与原子探针领域的近百位专家齐聚一堂，共同见证了专委会成立。大会现场会议开幕式由中山大学分析测试中心陈建研究员主持，中国计量测试学会副理事长兼秘书长马爱文教授、中山大学副校长邰忠智和中国计量测试学会副理事长李献华院士分别致辞。中山大学分析测试中心 陈建研究员 主持开幕式中国计量测试学会副理事长兼秘书长 马爱文教授 致辞中国计量测试学会副理事长兼秘书长马爱文教授在致辞中表示，自2019年5月20号开始，国际计量七个单位全部定义到基本物理常数上，代表着国际测量科学全面进入量子化时代，量子测量将成为未来测量的主要技术手段，也将成为引领新一轮科技革命的重要主题。量子测量就是利用量子基本特性进行的高精度高灵敏度的测量工作，离子和原子探针技术就是利用离子和原子特性进行测量，是一项前沿先进的测试技术。马爱文希望委员会能够紧紧围绕国内外离子与原子探针技术开展调查研究，为政府和产业发展提供政策建议。紧紧围绕离子与原子探针前沿技术发展方向，不断开展学术交流学术会议，推动量子测量技术的不断进步；要紧紧围绕量子化测量方法，评价体系的开展，团体标准的制定，推动相关科研成果的转化以及产业链的不断发展；同时也要加强科普创新宣传工作，让更多的人了解离子与原子测量技术，让更多的领域应用这些先进技术。中山大学副校长 邰忠智 致辞中山大学副校长邰忠智指出，计量是实现单位统一，保证量值准确可靠的活动，是科技创新、产业发展、国防建设、民生保障的重要基础，是构建一体化国家战略体系和能力的重要支撑。党的十八大以来，在以习近平同志为核心的党中央坚强领导下，我国的计量事业的得到了快速的发展。作为中国科协的一级学会，中国计量测试学会聚集了我国计量测试领域中一大批具有高科技学术水平的专家学者，充分发挥学会科研院所、高校等单位的优势和作用，集聚各方资源和力量，共同推动国家现代先进测量体系建设，对国家的经济建设和国防领域发展起到了积极的作用。中国计量测试学会副理事长 李献华院士 致辞李献华院士表示，从1993年开始，以清华大学查良镇教授为代表的老一辈科学家，就自发组织了二次离子质谱研讨会，而原子探针技术用户研讨会到目前也举办了十二届。离子与原子探针技术专业委员会的成立，将为提升中国离子与原子探针研究的国际地位和影响力提供了组织保障，同时也将为我国举办2026年的国际二次离子质谱大会提供了有力支撑。今天离子与原子探针专业委员会成立大会是我们大家多年的夙愿，也是我国离子与原子探针专业领域的新起点。我们要以此为契机，共享资源，协同创新，建立产学研用交流服务的大平台，促进科研和产业的高质量发展。开幕式致辞结束后，会议议程环节由天津工业大学科学技术研究院院长赵丽霞教授主持。天津工业大学科学技术研究院院长 赵丽霞教授 主持会议议程赵丽霞在会上回顾了专委会成立前的历史和前期工作，并宣读了《中国计量测试学会关于同意成立离子与原子探针专业委员会的批复》。之后，会议审议和表决通过了《中国计量测试学会离子与原子探针专业委员会工作条例》草案；选举产生了中国计量测试学会离子与原子探针专业委员会委员、主任委员、副主任委员，并宣读最终选举结果及颁发聘书；提名表决产生了专委会秘书长和副秘书长；研讨了《中国计量测试学会离子与原子探针专业委员会“十四五”工作计划》草案。颁发聘书会议总结发言会议选举中山大学分析测试中心陈建研究员任主任委员，中国科学院地质与地球物理研究所研究员李秋立、北京国家质谱中心主任汪福意研究员、沈阳材料科学国家实验室公共技术服务部负责人张磊研究员和南京工业大学胡蓉教授任副主任委员，天津工业大学赵丽霞教授任秘书长，上海大学分析测试中心副研究员李慧任副秘书长。会议最后，由新当选的主任委员、副主任委员及其他领导分别做会议总结发言。至此，中国计量测试学会离子与原子探针专业委员会正式成立。之后，大会进入特邀报告环节。报告人：中国科学院地质与地球物理研究所研究员 李秋立报告题目：《原子探针分析诠释锆石离子探针U-Pb体系年龄怪现象》锆石是大型离子探针U-Pb定年技术应用最早和最广的矿物,离子探针U-Pb定年可以有效获取粒径微小锆石或具有复杂环带结构的锆石中不同区域的年龄信息。但高U锆石的离子探针U-Pb分析中存在随U含量升高而表现更老的现象,称之为"高U效应"。对此，李秋立团队利用原子探针分析揭示出锆石微观尺度为锆石-磷钇矿-铀石等多项成分固溶体；高U锆石中U原子以铀石-锆石-磷钇矿的过渡成分赋存；高U锆石微观尺度下基体成分与锆石标准样品存在明显差别，造成离子探针分析校正结果出现偏差。报告人：中国科学院大连化学物理研究所首席研究员 李海洋报告题目：《高质量分辨连续离子束源二次离子飞行时间质谱装置研制》据介绍，质谱与快速检测研究中心面向国家安全、生态环境和生命健康领域对现场、原位和快速分析仪器的新需求，用创新的离子精准调控技术和集成化方案，做能解决问题而且用户体验好的新仪器。SIMS是高灵敏的微区化学成分分析的工具，TOF-SIMS（飞行时间二次离子质谱）具有独特优势及应用范围,是目前应用最广泛的表面分析技术之一,是一种具有高质量分辨本领（质量分辨率）和高空间分辨（空间分辨率）的表面分析技术。但用SIMS实现分子的定性更需要质谱的高分辨率。针对于此，李海洋在报告中介绍了团队在DC- TOF SIMS 设计和单元技术进展和DC- MTOF SIMS 研究进展。报告人：北京科技大学教授 吴渊报告题目：《Effects of local chemical orderings on properties of high-entropy alloys revealed by atom probe tomography》高熵合金，以其多主组元，高构型熵的设计理念以及独特的性能，成为近十多年来合金领域内的热点材料。在研究初期，高/中熵合金所形成的单相固溶体，其组成原子被认为是完全无序分布在晶体点阵中。由于多组元元素间的复杂相互作用，使得合金在凝固或者热处理后，呈现局部短程有序结构，成为了高熵合金的一个关键特征。局部化学有序性对高熵合金的性能有显著影响。吴渊在报告中指出，原子探针层析成像（APT）可以在表征LCOs和揭示其对HEAs力学行为的影响方面发挥强大作用。报告人：中国科学院广州地球化学研究所教授级工程师 夏小平报告题目：《矿物水中的SIMS测试及其地球与行星科学应用》水，即使是微量的，对岩浆性质影响很大，是成岩、成矿等地质过程的关键因素。地球内部藏着海洋。水含量是星体演化的重要因素，确定水的含量和同位素组成对理解行星体的形成和演化具有重要意义。夏小平团队利用二次离子质谱仪（SIMS）同时测试锆石中水含量和氧同位素组成的分析方法，研究了月球、火星、地球晚期大轰炸的地质事件，分享了来自月球陨石锆石同位素及水含量可能代表的“星际故事”，并表示早期陨石撞击曾经给月球带来大量的水。报告人：中国计量科学研究院研究员 任同祥报告题目：《计量+离子/原子探针=?》质谱法测全血中锌元素含量的方法有外标法、标准加入法、同位素稀释法等，其中同位素稀释质谱法 (IDMS) 被化学计量公认为5个绝对测量方法之一，是痕量、超痕量成分的权威性测量方法。报告中，任同祥介绍了如何用同位素稀释法测锌，以及中国计量科学研究院研制的浓缩同位素标准物质和相应的规范和标准。与会人员合影留念

KLA探针式轮廓仪的过去，现在，与未来。KLA Instruments&trade 探针式轮廓仪（也称台阶仪）提供高精度2D和3D表面量测，测量台阶高度、表面粗糙度、翘曲度和应力以及优秀的稳定性和可靠性，满足客户的研发和生产要求。目前，KLA Instruments&trade 台阶仪包括专为研发助力的Alpha-Step系列D-500/D600桌面式台阶仪，工厂生产用Tencor P-系列P-7，P-17，P-17 OF量产型台阶仪，还有自动化产线上的 HRP系列P-170和HRP-260全自动台阶仪。自1977年KLA首款商用探针式轮廓仪问世，经过四十多年的不断探索和技术创新，KLA取得了一个又一个突破，不断稳固自身在行业中的领导地位。1977Alpha-Step100 是Tencor 推出的首款台阶仪产品。其在台阶高度测量的准确性和重复性方面表现优异。凭借价格实惠、外形小巧和功能强大，很快就成为大多数半导体制造厂或晶圆厂重要的工具。1983Alpha-Step 200 发布，扫描速度比竞品快 2 倍，配备 CRT 显示器，能够自动测量、调平和计算。1987Alpha-Step 250 问世，灵敏度增强至 1 &angst ，增加了隔声外壳。1988Tencor P系列的P-1探针式轮廓仪实现了单次长度 200mm 扫描，且无需任何拼接。P-1 轮廓仪采用革 命性的全新设计，在扫描平台、光学和传感器技术方面进行了行业创新，提供无可匹敌的稳定性、灵敏度和重复性。该系统具有超平面扫描平台，能够单次扫描实现高达 200mm 的高分辨率，确定表面粗糙度、波纹度和薄膜应力特征。新平台也是 3D 扫描平台，增加了第三维度来表现表面形貌。该系统的特色是采用顶视光学系统来提供清晰的样品视图，不受传统倾斜侧视的扭曲影响。此外，该系统的传感器技术采用业界先进的线性可变差分电容器 (LVDC)，从而使电子分辨率达到亚埃级，并且转动惯量小，可实现低作用力控制并降低对噪声的敏感性。1991Tencor P2H 支持自动晶圆和磁盘机械手臂， 减少接触样品带来的污染。同年的Tencor P2 采用开放式框架，支持尺寸达 430mm x 430mm 的样品，同时Tencor FP2可扫描尺寸达 630mm x 630mm 的样品，用于平板行业。1994Tencor P-20 全自动探针式轮廓仪发布，增加了图案识别和 SECS/GEM，并且与现有的机械手臂相结合，实现了全自动化。Alpha-Step 500增加垂直量程至 1mm，并配备了全新高倍率光学器件和彩色摄像头。1996Tencor P-10、 P-11、 P-12 和 P-22 相继发布，产品采用最新的低作用力控制技术，延长垂直量程至1000µ m并增强环境隔离功能。Microhead II 增强线性可变差分电容器 (LVDC)，并增加低至 0.05mg的程式控制低作用力。它增加了通过动态调整枢轴上的作用力，确保在任何台阶高度下，样品表面都能够施加相同的力。此外，新传感器可支持高达 1000µ m 台阶高度。P-12 新增隔声罩和主动隔离台，不仅增强对环境噪声的隔离，还能够测量超光滑硬盘的粗糙度。P-22 在现有 P-20 机械手臂的基础上新增一个隔离台，实现自动晶圆传送、图案识别和 SECS/GEM 等全自动测量，从而为半导体行业提供整体解决方案， 提高其生产效率。1997Tencor P-30 将开放式晶圆盒机械臂替换为 SMIF 机械臂和系统的内置微环境， 以支持半导体行业新的洁净度要求。HRP-220 是在线表面量测的一大突破，配备了 P-22 的长扫描平台以及高分辨率压电平台，DuraSharp 探针可实现精细的特征测量和分析。同年，Tencor Instruments 和 KLA Instruments 两家公司合并成立了 KLA-Tencor, Inc.，成为世界领先的半导体制造和相关行业的良率管理及工艺控制解决方案供应商之一。1998HRP-320 在HRP-220 的测量能力基础上扩展到 300mm 晶圆，是能够单次扫描测量 300mm 晶圆全直径的系统。1999HRP-240 和 HRP-340 在使用的便利性、产出和精度上有了重大改进。新增压电挠性平台设计，以尽量减少平面外的运动，扫描平面度 2x 在保持 90µ m x 90µ m 扫描区域和 1nm 分辨率的同时，比以前的设计有了很大的进步。该系统增加在线高倍和低倍光学器件，并利用距离传感器实现无接触自动聚焦，从而可允许快速、精确对焦，并通过减少探针的表面接触次数来延长其使用寿命。长扫描平台通过增加线性编码器来提高样品定位的准确性，而更细螺距的丝杠可实现更高的分辨率。通过增加数字信号处理器来管理所有平台控制，将计算机处理能力留给用户接口，从而改善系统的整体性能。新增浸渍模式（Dipping Mode&trade ）能够测量高深宽比的蚀刻深度特征。2001Tencor P-15 结合了 P-10 和 P-11 系统的功能，技术更加成熟，为单一平台上的研发和生产提供支持。2003Alpha-Step IQ 在 Alpha-Step 500 基础上新增 USB 电子器件和全新设计的软件，可以显著提供增强的扫描排序和数据分析能力。2007Tencor P-16+ 在-15 的基础上进行了改进：新的 USB 电子器件、更强大的软件以及 Apex 高级数据分析和报告撰写软件功能。2008Tencor P-6 是一台高性能探针式轮廓仪，在较小的平台上沿用了 P-16+ LVDC 传感器技术和扫描平台技术。HRP-250 和 HRP-350 仪器采用噪音更低的 LVDC 传感器技术、新的隔离系统（仅 HRP-350）和第二代 DuraSharp II 探针。可实现更小特征的测量和接近 2 倍的吞吐量。2009Ambios Technology 加入KLA-Tencor并发布 XP100 和 XP200，采用光学杠杆传感器技术，垂直量程1200µ m 并支持200mm晶圆样品。2010KLA-Tencor 发布了基于 Ambios Technology 平台的 Alpha-Step D-100 和 D-120，采用增强光学杠杆传感器技术， 显著改善了测量的稳定性。2013Tencor P-7 和 P-17 配备了新高分辨率彩色相机，并增强了对翘曲度和应力的测量。2014Alpha-Step D-500 和 D-600 仪器采用了与 P系列相同的高分辨率相机。增加了侧视图的梯形校正功能，并且进一步改善了测量的重复性。2016Tencor P-170结合了 P-17 与 HRP 机械手臂，是一款新的全自动探针式轮廓仪。同年，HRP系列的新机型HRP-260 也随后发布。新仪器在自动化晶圆处理方面有了重大的改进。增加了几何图案识别，提高了倾斜校正算法的准确性，并采用新方法进行自动灯光控制。机械手臂包含新电子器件，可支持碳化硅 (SiC) 和蓝宝石等透明样品以及硅、砷化镓 (GaAs) 和 AlTiC 等不透明样品的预对准。也支持卡盒内wafer探测和读取wafer ID.2019KLA Instruments&trade 全系列探针式轮廓仪Alpha-Step、Tencor P- 和 HRP，移植软件平台至最新的Windows 10 OS。同时，新的测量和数据分析功能发布在新的软件平台中。2023KLA将继续探索的脚步，而探针式轮廓仪全线产品也将持续发展，为满足客户的需求不断努力创新。Keep Looking Ahead！

为进一步促进国内电子探针新技术发展和交流、拓展电子探针新技术应用，中国地学界电子探针分析技术平台2023年度交流会于6月2日-6月3日在中国地质科学院京区地质科研实验基地顺利举行。本次会议由中国地质科学院矿产资源研究所（以下简称“资源所”）承办，资源所宋扬副所长出席会议并讲话，中国地质调查局科技外事部康磊副处长、资源所周剑雄研究员、南京大学张文兰教授级高工、中国有色桂林矿产地质研究院有限公司董事长/党委书记朱景和同志、中国科学院地质与地球物理研究所陈意研究员等作为特邀嘉宾出席会议。本次会议共有19位来自国内外地学界电子探针的专家报告各自的最新研究成果，其中有5个是特邀报告，包括4个来自国外专家和1个国内专家的特邀报告。来自美国威斯康辛大学的John Fournelle通过视频连线方式作了题为“EPMA: Three easy-to-make errors”的线上报告，来自美国俄勒冈大学的John Donovan作了题为“Best Practices in Modern EPMA Microanalysis”的线上报告，来自瑞士伯尔尼大学的Pierre Lanari作了题为“Quantitative compositional mapping by EPMA”的线上报告，来自美国密苏里大学-堪萨斯城分校的赵东高教授来到现场作了题为“Quantitative electron probe microanalysis of strategic uranium mineral resources: analytical procedures and standard reference materials”的报告，来自中国科学院地质与地球物理研究所陈意研究员在现场作了题为“面向月球和行星科学研究的电子探针分析技术”的报告。其他报告的内容包括电子探针技术方法和应用的最新进展，主要涉及超轻元素分析、微量元素分析、变价元素分析、稀土矿物分析、新矿物分析研究、标样研发等。另外还有5个来自显微分析仪器厂商的最新产品和分析技术报告。本次会议采用线下参会+线上直播同时进行的方式，吸引来自全国有关高校、科研院所、显微分析仪器厂商60余人现场参会，同时有累计4000余人通过学术直播平台参与会议。本次会议使得地学界电子探针分析技术平台的影响力进一步扩大，对国内电子探针技术的发展和交流起到了重要的促进作用。 当前，自然资源部和中国地质调查局正在紧锣密鼓的实施新一轮找矿突破战略行动，同时推进构建以星空地海井多维、高分辨率、高精度探测观测监测“三测体系”为突破口的现代化地质调查技术体系，打造国家地质调查科技创新“火车头”。资源所正在深入学习贯彻党的二十大精神，认真落实全国自然资源工作会议和中国地质调查局工作会议部署，以“地质找矿重大突破的引领者，矿产资源安全保障的支撑者”为使命，聚焦铜、铁、钾盐、锂等紧缺战略性矿产，加大制约找矿突破的关键科学问题和“卡脖子”技术难题的攻关，以科技创新引领推动实现找矿新突破。矿产资源研究所的矿物研究室是国内最早引进电子探针仪器并开展相关研究的实验室之一。经过几十年来实验室研究人员和技术人员的不懈努力，在利用电子探针进行基础地质和矿床地质研究、微束分析标准化研究等方面都取得了许多重要的成果。矿物室近年来承担了《系统矿物学》修编、《中国矿物志》研编、国家重点研发计划项目课题、自然科学基金项目、地质调查项目以及白云鄂博找矿勘查等不同类型的项目，地调、科研和横向项目齐头并进，并且都取得了不错的成果。在川西甲基卡、湖南仁里、江西宜丰、冀北窟窿山等稀有金属矿床中，通过详细的矿物学研究示踪成岩成矿过程，并提出了硬岩型锂铍铌钽资源工艺矿物学评价指标体系；在白云鄂博，不但取得了铁和萤石找矿的突破，还发现了新矿物“白鸽矿”；另外，实验室在技术研发方面也一直积极探索，在金红石、石英微量元素分析、铀矿物电子探针测年、铍矿物电子探针分析、稀土矿物电子探针分析等方面都建立了自己的方法。实验室仪器使用效率一直保持国内领先，为所内外的科研和生产提供了重要的支撑作用。本次会议上，我国电子探针领域著名的先驱级人物，也是资源所矿物室的元老周剑雄老师也来到了现场并讲话。周老师对矿物学的热爱和电子探针技术发展的关切激励着我国年轻的电子探针工作者不断努力进取。矿物学是矿产资源研究领域重要的基础学科，电子探针分析技术是支撑矿物学发展的核心关键技术，是矿物学、岩石学、矿床学、地球化学、天体学和其他相关学科领域必不可少的研究工具。随着国家对基础研究和矿产勘查的高度重视，相信矿物学和电子探针分析技术共同进入了前所未有的发展机遇期，相信在新时代基础地质研究和新一轮找矿突破战略行动中，电子探针分析技术也将进一步发挥重要作用。中国地学界电子探针分析技术平台自2019年建立以来，得到众多同行的支持和广大用户的欢迎；2020年平台启动交流会在地学电子探针界引起巨大反响，2022年的技术交流会更是吸引了累计4500余人通过学术直播平台观看会议；而本次会议采用了线下+线上联合的方式，一方面方便现场的充分交流，另一方面也方便了更多人的参与，极大加强了技术人员和科研人员之间的经验交流和信息共享。捷欧路（北京）科贸有限公司、岛津企业管理（中国）有限公司、牛津仪器科技（上海）有限公司、布鲁克（北京）科技有限公司、超微动力科技（香港）有限公司、北京普瑞赛司仪器有限公司、北京金竟科技有限责任公司、北京格微仪器有限公司、北京中科矿研检测技术有限公司等多家厂商和公司代表参加了本次会议。厂商人员和技术、科研人员之间的交流通过本次会议也得到了增强。（供稿：陈振宇、孔维刚）会议合影周剑雄老师致辞陈振宇研究员主持会议开幕式会场情况

安装篇2020年春节前夕，通过工程师的安装调试和细致的讲解培训，二代电导率-塞贝克系数扫描探针显微镜（PSM II）在杭州创新研究院顺利安装并完成验收。该系统是国内二套PSM II，也是国内六套PSM。PSM II将用于块体和薄膜热电材料的塞贝克系数、均匀度检测与新型热电材料的研究。这套设备的投入使用将帮助杭州创新研究院在热电材料领域取得更快的发展。 德国工程师Dieter Platzek（中）与用户老师合影 设备篇电导率-塞贝克系数扫描探针显微镜是由德国PANCO公司与德国宇航中心联合研发的一款可以测量热电材料Seebeck系数二维分布的设备。自推出以来，该设备获得全球多个实验室的一致好评，已经成为快速检测样品性能的重要手段。后经研发人员的进一步升，全新推出的二代电导率-塞贝克系数扫描探针显微镜-PSM II具有更高的位置分辨率和测量精度。 产品特点：● 可以测量Seebeck系数二维分布的全球商业化设备。● 的力学传感器可以确保探针与样品良好的接触。● 采用锁相技术，精度超过大型测试设备。● 快速测量、方便使用，可测块体和薄膜。主要技术参数：● 位置定位精度：单向 0.05μm；双向 1μm● 大扫描区域：100 mm × 100 mm● 测量区域精度：5μm (与该区域的热传导有关)● 信号测量精度：100 nV （采用高精度数字电压表）● 测量结果重复性：重复性误差优于3%● 塞贝克系数测量误差： 3% (半导体)； 5% (金属)● 电导率测量误差： 4%● 测量速度：测量一个点的时间4~20秒应用领域：● 热电材料、超导材料、燃料电池、电子陶瓷以及半导体材料的均匀度测量● 测量功能梯度材料的梯度● 观察材料退化效应● 监测 NTC/PTC 材料的电阻漂移● 固体电介质材料中的传导损耗● 阴材料的电导率损耗● 巨磁阻材料峰值温度的降低，电阻率的变化● 样品的质量监控电导率-塞贝克系数扫描探针显微镜-PSM II

1. 油气行业甲烷减排势在必行工业革命以来，大气中的甲烷浓度增加了一倍多，甲烷所产生的温室效应在全球变暖中贡献了约三分之一。甲烷虽然影响巨大，但它是一种短期的气候污染物，在大气中的寿命大约为10年。如此短的生命周期意味着，通过减少甲烷排放可以较快降低全球变暖效应，有效调节全球气候变化。因此，甲烷减排是实现《巴黎协定》1.5℃温控目标的关键支柱之一。国际能源署（IEA）统计，2023年全球甲烷排放量为3.49×108 t，能源部门占比为36.8%，其中油气行业占能源部门排放总量的62%，达到0.80×108 t。根据IEA评估，油气行业有75%的甲烷减排可通过现有技术和最佳实践措施来实现，其中40%的减排可通过零成本管理实现。因此，油气行业甲烷减排潜力极大，且易于实现。国际上，欧美针对油气行业甲烷减排正陆续出台更加具体且日益严格的监管要求。在美国，2021年11月美国政府出台指导性文件《美国甲烷减排行动计划》，2022年8月美国总统签署的《通胀削减法案》中首次提出将对石油和天然气行业甲烷排放进行收费，2024年3月美国环保署（EPA）发布《新的、重建和改造的排放源的性能标准以及现有排放源的排放指南：石油和天然气行业气候审查》修订文件，2024年5月EPA发布《温室气体报告规则 石油和天然气系统》修订文件。在欧洲，2020年10月欧盟委员会出台指导性文件《欧盟甲烷减排战略》，2024年6月欧洲议会和理事会正式签署发布了欧盟首部旨在遏制欧洲和全球能源部门甲烷排放的法规《欧洲议会和理事会关于能源部门甲烷减排和修订（欧盟）2019/942的法规》。在我国，2023年11月生态环境部联合11部门发布国家政策文件《甲烷排放控制行动方案》，该文件提出了“十四五”和“十五五”期间甲烷排放控制目标，并明确指出，在“加强甲烷排放监测、核算、报告和核查体系建设”和“推进能源领域甲烷排放控制”中油气行业需要承担多项重要任务。2. 油气行业甲烷减排行动中关于先进监测设备的市场需求油气行业甲烷排放主要来自勘探、生产、加工和储运分销环节中的逃逸、放空和火炬不完全燃烧。逃逸性排放是指在各种设施及部件上无意或意外产生的泄漏。放空和火炬排放是维护安全等原因导致的有组织排放。油气行业甲烷排放呈现以下特点：（1）排放点数量多：每个生产现场或设施可能由成千上万个部件组成，其中可能包含几个到数百个排放点。（2）排放点地理分布广：每个井场、压缩站、天燃气厂和管道段都是潜在排放源，这些设施经常散布在偏远地区。（3）排放率的可变性：受许多因素影响，类似设备和工艺的排放率可能存在较大差异；此外，一些排放点是间歇性的。（4）难以感知：甲烷排放经常是无色无味的，在不使用专用检测设备情况下很难识别和估计排放。油气行业甲烷排放的这些复杂性特点给甲烷减排行动中的排放监测带来了巨大挑战。泄漏检测和修复（LDAR）以及测量、报告和验证（MRV）是油气行业甲烷减排行动中的两种重要系统方法。表1总结了这两种系统方法的基本定义、主要作用及相关甲烷排放监测的发展方向、法规进展和设备需求。表1 LDAR和MRV的基本定义、主要作用及相关甲烷排放监测的发展方向、法规进展和设备需求在国内高度重视甲烷减排的政策背景下，国内油气生产企业正在积极推动企业级甲烷减排行动，在LDAR和MRV应用中必然需要使用大量先进的场站级和源级甲烷排放监测设备。然而，国内高精度甲烷传感技术长期落后于国际先进水平，还没有国内设备制造商能够系统提供这些先进设备。在部分油气企业的试点和研究项目中，还是主要依赖使用进口设备。进口设备不仅存在使用成本过高的问题，也难以响应国内特定应用需求。因此，面对国内油气企业甲烷减排行动中对先进设备的广泛应用需求，迫切需要国内设备制造商加快研发高精度甲烷传感技术，并提供具备自主技术的场站级和源级甲烷排放监测设备。3. 油气行业甲烷排放监测的整体解决方案四方光电（武汉）仪器有限公司（简称四方仪器）是专业研制气体传感器及仪器仪表的高科技企业。四方仪器依托气体传感技术研发平台基础优势，成功研制了高精度TDLAS甲烷传感器模组，并为油气行业甲烷排放监测推出了一套整体解决方案，能够为油气生产企业提高LDAR检测效率、助力温室气体核算和构建MRV技术体系提供高精度甲烷排放监测及准确的定性与定量分析结果。3.1 四方仪器整体解决方案的框架体系本方案框架分为监测感知层、数据解析层和业务应用层。监测感知层主要产品包括：场站级水平的甲烷排放连续监测系统、车载甲烷排放监测系统和无人机甲烷排放监测系统；源级水平的便携式红外热像仪和便携式大流量采样器。多款监测设备和传感器组合适用于天然气生产开采、加工、储存、运输等不同环节，全方位、全流程采集和测量甲烷排放浓度等关键信息。数据解析层的软件平台基于5G网络通讯实时传输并显示测量数据，实时计算排放率，并判定排放事件和量化排放。数据解析层各软件平台分析结果相互结合可为业务应用层的油气生产企业应用目标提供关键技术支撑。图1 四方仪器整体解决方案的框架体系3.2 高精度TDLAS甲烷传感技术可调谐半导体激光吸收光谱法（TDLAS）是一种特别适用于高精度探测空气中甲烷含量的先进光学技术。TDLAS基本原理为，使用可调谐半导体激光器发射出特定波长激光束穿过被测气体，通过测量激光穿透气体后的强度衰减度，可以定量地分析计算获得被测气体的体积浓度。图2 TDLAS传感器原理图四方仪器研制的高精度TDLAS甲烷传感器模组具有以下技术特点：测量精度高，最小检测限可达ppb级；响应快，最高检测频率可达10Hz；具有极高的甲烷选择性，抗干扰能力强；环境适应性强；使用寿命长；模块化设计，易于安装与集成。图3 四方仪器TDLAS甲烷传感器模组3.3 四方仪器场站级和源级甲烷排放监测设备的核心技术、主要功能和应用范围图4 四方仪器-油气行业甲烷排放监测整体解决方案的应用示意图3.4 油田生产区域的甲烷排放监测应用设计图5 联合站区域甲烷排放连续监测的网格化监测点位设计图6 油井区域甲烷排放连续监测的网格化监测点位设计图7 油田生产区域车载甲烷排放监测的行驶路线及甲烷浓度示意图立即扫码下载《天然气管网全域多维气体监测一站式解决方案》

刘敦一研究员，曾任中国质谱学会理事长，2001年至今任国家大型科学仪器中心——北京离子探针中心主任。他是中国地学界的杰出领军人物，在同位素地质年代学研究领域成就卓著。同时，身为中国最早一辈从事质谱技术与仪器研制的科学家，刘敦一研究员曾多次就仪器研制相关问题向科技部、财政部提建议，呼吁相关部门关注、促进中国仪器研制事业的发展。　　近日，仪器信息网编辑专访了刘敦一研究员，请他谈谈：他目前的仪器研制工作，以及他对中国仪器研制情况的看法。北京离子探针中心主任 刘敦一研究员从二次离子质谱仪器研制谈起　　北京离子探针中心的核心仪器是高分辨二次离子探针质谱计(Sensitive High Resolution Ion Microprobe II ，SHRIMPⅡ)，该仪器是同位素地质年代学领域最先进的科学仪器之一，也是刘敦一研究员在仪器研制方面的主要研究对象。2006年，北京离子探针中心承担了“十一五”国家科技支撑计划课题——《二次离子质谱仪器核心技术及关键部件研究与开发》，目前该课题已处于验收阶段，即将结题。　　作为课题负责人的刘敦一研究员首先介绍了该课题的相关情况：“我们课题的总目标与内容是：攻克二次离子质谱(Secondary Ion Mass Spectroscopy ，SIMS)及飞行时间(TOF)串联质谱的若干关键技术，自主研发一批SIMS和串联飞行时间质谱核心关键部件。这个课题是由北京离子探针中心牵头，中国计量科学研究院、中国科学院大连化学物理研究所、复旦大学等单位参与其中，各自负责不同的子课题。”　　“我们取得了一系列课题成果。本课题的主要目标是仪器核心部件，但也搭建了飞行时间二次离子质谱仪(TOF-SIMS)、离子阱飞行时间质谱仪(Trap-TOF)的整机。通过课题组成员近四年的努力，课题组完成了课题任务书既定的各项指标，发表科技论文29篇(其中向国外发表5篇)；申请国内发明专利24项，国际发明专利6项，其中已有2项国内发明专利和1项国外发明专利已获得授权；形成有关二次离子质谱(SIMS)及飞行时间(TOF)串联质谱的新技术、新产品、新装置和计算机软件等19项；有5项成果已在相关领域成功应用；培养、凝聚和造就了一支过硬的理论和技术人才队伍；建立了5个高端质谱仪器及关键部件试验平台和研发基地，为飞行时间质谱、串联质谱、高分辨ICP、辉光放电、高分辨气体同位素等高端质谱仪器自主研制的跨越式发展奠定了基础。”　　“此次研制出来的各仪器部件有的是针对地学领域，但大部分是没有针对性的，比如离子源、样品台、离子阱、飞行管道、电学系统、高压模块等部件，这些与通常的飞行时间质谱与离子阱质谱的核心部件是一样的。所以，这些部件将来会有很广泛的适用领域。”　　“SIMS的应用范围其实非常广泛，不仅可以用在地学领域，还可以应用于生命科学、材料、微电子、纳米等多个领域。未来北京离子探针中心仍将继续在SIMS方面努力探索。在‘十二五’，我们首先要提升本次研制出的各部件的各项指标，缩小其体积；然后，打算继续联合大连化物所等国内科研机构或国外相关机构专家，研制专门针对地学领域的TOF-SIMS。”北京离子探针中心的SHRIMPⅡ(图注：SHRIMPⅡ是磁质谱，其售价目前在3000万人民币左右，该仪器体积庞大，一台仪器占地面积就达几十平米。)　　“TOF用在高精度同位素地质测量上是史无前例的，如果我们真的能够研制成功的话，那将是世界上第一台专门用于地学领域的TOF-SIMS。虽然我们不能保证研制出来的TOF-SIMS能比现在的SHRIMPⅡ在精度上有很大的提升，但只要该仪器能达到磁质谱的水平，这就是很大的创新与突破。先达到，再提高，这是一条新路子。但毫无疑问的是，TOF-SIMS的造价相比于SHRIMPⅡ将下降一半，体积也会缩小许多。”实事求是地看待中国仪器研制的种种困境　　刘敦一研究员长期关注中国仪器研制现状，在其担任政协委员时他曾写过一个名为《开展我国仪器研发制造的第二次创业》的提案，他在提案中说到：科学仪器自主研制能力是关系到国家安全与民族发展的“大事”。而刘敦一研究员在长期工作中也形成了关于中国仪器研制困境的独到观点。如果用一个词来形容他这些观点的话，那就是他在采访中提到的“实事求是”。　　中国仪器研制有两“缺”　　“中国在仪器研制方面是一穷二白、白手起家，基础非常薄弱。目前国内基本没有研制出大型仪器，只在一些小型仪器上有所突破，且在高端仪器研制方面没有太多投入。早期中国在仪器研制方面与国外的差距主要体现在电子学方面，现在这种差距已不明显。但中国仪器研制现在缺两样东西，一是缺乏仪器整机设计思想，二是缺乏仪器部件精密加工能力。这两方面是我们现在最需要提升的。”　　“仪器研制是长期任务，如果不长期发展，是无法研制出好的精密仪器的。仪器研制不是找几个科学家、专家立几个项就能达成的，而应培育、设立仪器研发基地与仪器精密部件加工基地。对于国内一些在技术、人才、实验装置都配备较完善的单位，国家可以考虑将其建成为仪器研制基地，同时可以考虑培养、建立几家专门为高精尖仪器加工零部件的工厂。”　　研制仪器核心部件比研制整机更艰难　　“研制仪器整机，首先是要完成整机设计方案，然后着手各部件的研制与连接。因为仪器整机研制着眼是整体，很多核心部件可向国外供应商购买。所以在国内，仪器整机研制的过程有可能就沦为了仪器部件拼凑的过程。”　　“中国如果没有研制仪器核心部件的能力，我们的仪器工业还是要依赖于外界，以后的发展还是会受到限制。所以，中国必须自己研制仪器部件，这样我们的仪器工业才能独立，大量进口仪器的价格才有可能下降。希望相关部门能重视与鼓励仪器部件的研制。”　　“仪器核心部件的研制没有捷径，需要研究者从头做起，以中国的薄弱基础与粗糙的仪器部件加工能力，研制仪器核心部件的难度非常大。此外，研究者在部件研制出来以后，为了验证该部件的性能，还可能需要搭建整机，这又是一个非常艰难的过程。所以‘研制仪器核心部件比研制整机更艰难’。”　　仪器研制项目过于强调“大联合”　　“目前，国内很多仪器研制项目的申请与实施是多家国内知名院校、科研院所的‘大联合’。毫无疑问，这样的‘大联合’在项目申请时会比较具有优势。但对于项目实施而言，这并不见得是好事。联合的单位越多，在项目实施过程中的管理就越困难。管理不到位，最终可能导致课题目标无法完成。所以，在技术力量足够的情况下，联合的单位越少越好，这样效率可能更高，不要总是过于强调‘大联合’。”　　对仪器研制项目成果的期望值过高　　“在对待仪器研制项目成果的态度上，我们的期望值不能过高。但现在一些人总是期望每个仪器研制项目都能做出原始创新成果，这几乎是不可能的。其实，以中国现有的仪器研制基础，一些高、精、尖的仪器能够仿制出来就是很大的突破。所以，我们不能要求每一项仪器研制成果都是自主创新，不能因为一些成果没有太多自主创新的成果就‘看不起’，否则会打击许多仪器研制人员的热情，不利于中国仪器研制的发展。在这点上，政府的眼光应放长远些，应有耐心。”促进中国仪器研制，相关制度变革更关键　　当笔者问到“如何促进中国仪器研制事业发展”的时候，刘敦一研究员有些感慨：“中国把仪器研制耽误了这么多年，现在相比于国外落后这么多，想一下子跟上来几乎是不可能的。现在要大力发展中国仪器研制事业，资金、技术、人才等多方面的支持是很重要的。但我认为，变革现有相关制度是更为关键的因素。”　　“其实，目前国家越来越重视仪器研制了，相关的财政投入也在加大。据可靠消息称：在‘十二五’规划中，除了国家自然科学基金委‘科学仪器基础研究专项’10亿元的支持外，新设立的‘重大科学仪器装置研究专项’每年投入更多资金；此外，科技部设立的‘国家重大科学仪器设备开发专项’对仪器项目的支持力度将上不封顶。但这些钱‘可能还不容易发出去’，因为自然科学基金是支持基础研究，目前这方面的仪器研制项目并不多，基金委可能较难找到合适项目来资助。所以我个人认为，目前的财政支持力度是够的。但在制度方面，情况却不这么乐观。”　　仪器科研项目财政管理制度亟待改进　　“目前，仪器研制项目的管理制度缺乏灵活性，太‘死’，一是项目预算‘死’，要求在项目进行前就将项目预算计划得非常精确；二是项目周期时间太‘死’，规定一个非常确切时间段，比如三年或五年。此外，一些项目计划一旦更改，比如要申请追加项目经费，上报审核过程非常繁琐、漫长，太费时间。仪器研制项目是具有创新性的工作，受很多未知因素影响，我们无法将预算做得很精确，无法将项目周期控制得毫厘不差。项目负责人需要一定的自由度。”　　与仪器研制成果产业化相关的知识产权、审计制度要跟上　　“仪器研制项目的成果应考虑产业化，这样才能让国家与民众受惠，才能让仪器行业发展得更好。但仪器研制成果产业化涉及利益分配，如何分配是个大问题。由此牵扯进来的知识产权、财务审计等问题目前没有明确的制度规定，仪器研制者如考虑将成果产业化可能会遇到很多障碍。”　　“首先，知识产权问题。目前科研人员研制出来的仪器属于职务成果，这个成果的知识产权属于研究者所在单位，而科研人员个人能否受益和受益的比例完全取决于所在单位的土政策，国家没有统一的规定。这是不合理的，会打击科研人员的积极性。其次，财务审计问题。目前，仪器产业化必然要与企业发生关联，或者是科研人员与所在单位设立公司，或者将成果出售给其他公司。因为是职务成果，所以相关的财务审计程序繁多又琐碎，让许多科研人员非常头痛，难以专心搞科研。要促进科研成果的产业化，相关制度应该跟上。”　　需打破人才制度禁锢，保护仪器研制人员利益　　“目前，许多仪器研制项目主要集中在高校与科研院所，国家现有人才制度对进入这些单位的人员的学历要求很高，这有很多弊端。高学历并不意味着高技术水平，且仪器研制需要的人才种类很多，并不是每一个岗位都需要博士那样的高学历。而那些学历较低但在仪器研制方面很有天赋的技术人才却得不到发掘与重用。”　　“我国专门研制仪器的人员少，大部分研究者都是将仪器研制作为‘副业’。如果仪器研制者在科研单位中不是专门从事仪器研制工作，那么他是非常吃亏的。他的利益很难得到保障，其地位、待遇较低，发文章较难，职称很难评上。在这样的情况下，科研单位留住这些仪器研制人才比较困难。我国仪器研制人才本来就匮乏，用人单位还招不到人、留不住人，这样情况就更糟糕了。相关人才制度方面该做点调整了。”　　适当时候，一些强制性制度支持国产仪器产业是必要的　　“目前，在购买仪器的时候，许多资金充裕的单位多是考虑国外进口仪器，对国产仪器则不作考虑，这种情况非常不利于国产仪器的发展。如果将来国产仪器发展到一定水平，国家可以采取一些强制制度，即只要国产仪器能够达到使用要求，仪器购买单位必须购买国产仪器。这样的强制性制度虽然可能存在不合理的地方，但是其对中国仪器研制以及国产仪器产业发展的推动作用一定是巨大的。”　　针对以上方面，刘敦一研究员曾向相关部门提过许多建议，比如延长仪器研制项目周期，灵活调整项目经费，让科研人员能够享有一定比例的知识产权，允许用人单位采用岗位责任制与合同制等等。让人欣慰的是，有关部门在参考多方建议之后已经在许多方面有所调整了。　　在采访的最后，刘敦一研究员还说到：“质谱类仪器研制需要机械、电子、物理、电气等多个学科的知识与成果，其对技术的要求是综合的、是最高水平的。这类仪器的研制可以带动其他种类仪器的发展，所以我一直建议重点发展质谱。介入这类比较高端仪器的发展，我们要鼓励自主创新，也要鼓励拷贝复制。我国各行各业对有机质谱的需求很大，如果我们真的能够研制出来，能保证仪器性能稳定，那么中国可以少买很多进口仪器，节省很多资金。”　　采访编辑：杨丹丹　　附录1：刘敦一研究员简介　　刘敦一，1937年4月生，男，黑龙江人。1962年毕业于云南大学物理系。1962年至今，在中国地质科学院地质研究所从事同位素地质及其质谱技术方法研究。期间多次出国与国外同行进行合作研究或短期学术访问；曾长期担任同位素地质研究室和同位素地质开放实验室主任；1991年晋升为研究员；2001年至今，任国家大型仪器中心“北京离子探针中心”主任；曾任国际地质科学联合会副主席(1992—2000年)、国际地质科学联合会提名委员会委员、中国地质学会副理事长、中国质谱学会理事长，现任国际地质科学计划(IGCP)中国国家委员会主任和中国国际前寒武研究中心主任。第八届、九届、十届全国政协委员。　　他在早前寒武纪地质年代学、超高压变质岩定年、蛇绿岩定年研究方面有突出成果，首次发现并厘定了38亿年和38.5亿年我国最老岩石和锆石；在同位素质谱技术方法和净化实验室建立上引领了我国同位素地质实验室的发展；引进了世界上先进的SHRIMPⅡ质谱仪，并快速建立锆石U-Th-Pb微区定年技术；2010年，其采用锆石SHRIMP定年法测定了来自美国的月岩和月球陨石样品年龄，重新确定了月球雨海纪的年龄，获国际认可。　　他领导的北京离子探针中心，以最高的仪器利用率和开放程度，为国内外地学界提供了一个高水平的年代学实验与研究平台，以及大型科学装备远程共享示范研究—离子探针系统实现世界首创远程控制技术，得到国内外地学界的一致赞誉，并成为一个国际性开放实验室。　　他曾发表论文151篇，其中国际SCI论文29篇；获得国土资源科技奖一等奖1项，排名第一；部级科技成果二等奖3项，排名为第二、三、七；部级科技成果三等奖3项，排名为第一、一、二。　　2008年，美国科学杂志(American Journal of Science)出版专刊庆贺刘敦一的70岁生日(AJS，2008年3月号，Vol.308 No.3)，该刊序言称其为“中国地学界杰出的领军人物”，褒扬其领导的北京离子探针中心为“世界上运行最成功的实验室之一”。　　附录2：北京离子探针中心　　http://www.bjshrimp.cn/　　http://www.instrument.com.cn/news/20101201/052094.shtml

历经近10个月的审核，矽电半导体设备（深圳）股份有限公司（下称“矽电股份”）终于即将在4月13日迎来创业板上市委的关键裁决。作为半导体设备供应商，矽电股份聚焦应用于半导体制造晶圆检测环节的探针测试技术。此番IPO，矽电股份拟发行不超过0.10亿股、募集5.56亿元，投向“探针台研发及产业基地建设”、“分选机技术研发”，“营销服务网络升级建设”以及补充流动资金。矽电股份的报告期业绩一直处于高增长态势——2020年至2022年，营业收入分别为1.88亿元、3.99亿元4.42亿元，同期归母净利润分别为0.34亿元、0.97亿元和1.16亿元。这离不开第一大客户三安光电（600703.SH）的“支持”。三安光电对矽电股份的采购额自2020年的0.57亿元一跃提升至2022年的2.29亿元，期间增长了301.75%，占比更是从30.33%提升至51.85%。三安光电董事长林志强也正是在2020年入股矽电股份，并以2.40%的持股比例成为其第13大股东。若二者合作出现变化，矽电股份的业绩能否维系或是重要的待估风险。在上市前夕，矽电股份此番还吸引了明星资本的突击加盟，华为旗下的深圳哈勃科技投资合伙企业（有限合伙）于矽电股份申报IPO 6个月前的2021年12月，从矽电股份实控人何沁修等人手中以0.80亿元价格受让了4%的股权，按照这一价格估算，华为入股时矽电股份的市值约为20亿元。技术“代差”之争矽电股份应用于晶圆检测环节的探针测试技术，一直是衡量芯片性能与缺陷的关键。据SEMI和CSA Research数据统计，截至2019年底，矽电股份在境内探针设备市场中的份额已达13%，位列中国大陆设备厂商第一名，同期占全球市场份额为3%，位列第五名。矽电股份的核心产品“探针台”按照检测对象可分为晶圆、晶粒两大类。晶圆探针台主要是对未切割晶圆上的器件进行故障检测，尺寸涵盖4英寸至12英寸，2022年创收1.13亿元，贡献了近四分之一的收入。虽然矽电股份是首家实现12英寸晶圆探针台量产的境内企业，不过该环节的收入在2022年占比仍不足2成。值得一提的是，目前A股市场尚无主营业务为检测探针台的企业，矽电股份一旦上市成功则有望成为“半导体探针台第一股。”不过深交所仍要求矽电股份说明核心技术的壁垒及相对优势。“请说明发行人核心技术技术壁垒的具体体现，结合同行业现有技术水平、衡量核心技术先进性的关键指标等，进一步分析核心技术先进性的具体表征及与境内外同行业竞争对手相比的优劣势。”深交所指出。从境外厂商的数据来看，矽电股份与全球龙头东京电子、东京精密等企业确实存在一定的差距，例如定位精度上目前东京电子可达到±0.8um，而矽电股份只有±1.3um。“因为探针台的作用就是对要检测的晶圆进行定位，让晶圆上的器件等可以和探针接触并进行逐个测试，所以精度越高就越不容易出错。如果探针这个环节没有排除出来故障的话，下一个环节成本更高。”北京一位半导体行业人士指出。矽电股份也承认其与国际大厂之间存在较大的差距。“目前，日本厂商探针台综合定位精度已达到±0.80 um水平，占据了12英寸晶圆探针台市场的主要份额。发行人在综合定位精度和12英寸高端市场份额与日本厂商存在一定差距。”矽电股份表示。但矽电股份认为和境内厂商相比，其技术仍处于领先水平。矽电股份将中电科四十五所和长川科技（300604.SZ）披露为境内竞争对手，并指出这两家公司的综合定位精度分别仅为±5um和±1.5um，自身技术相比之下仍具有领先优势。“基于发行人持续的研发投入及形成的核心技术成果，发行人在综合定位精度、机台自动化水平及多种半导体器件适配方面已领先于中国台湾和中国大陆其他厂商。”矽电股份表示。但矽电股份的这番陈述或许并不是目前半导体探针环节的全部事实。信风（ID:TradeWind01）注意到，国内厂商已在半导体探针台领域逐渐发力。早在2020年，中科院长春光机所旗下长春光华微电子设备工程中心有限公司就推出国内首台商用12英寸全自动晶圆探针台；2022年11月，深圳市森美协尔科技有限公司（下称“森美协尔”）推出了可兼容处理12英寸与8英寸标准的全自动晶圆探针台（下称“A12”）。接近森美协尔的相关人士向信风（ID:TradeWind01）确认，A12的定位精度已达到±1um的水平。若这一数据属实，则意味着该数据不仅高于矽电股份，也在接近国际龙头的技术水平。而矽电股份对于境内竞争对手的披露是否完整，或许有待其做出更多解释。大客户助力下暴增矽电股份的报告期业绩可谓“突飞猛进”。2021年，矽电股份的营业收入和归母净利润分别为3.99亿元、0.97亿元，同比增长了112.29%、189.11%。“主要系因下游行业景气度提升、客户资本性支出上升以及公司市场开拓情况良好所致。”矽电股份表示。更为关键的助力或指向了作为矽电股份前五大客户之一的三安光电。三安光电2019年对矽电股份的采购额还只有0.07亿元，但次年却突然提高了采购额——2020年至2022年，三安光电向矽电股份采购晶粒探针台的金额分别为0.57亿元、1亿元和2.29亿元。这意味着，报告期内矽电股份超5成的晶粒探针台主要销往了三安光电，后者成为了主要的收入来源。矽电股份解释称，晶粒探针台主要的应用场景是检测LED芯片，而该市场主要被三安光电所占据。据CSA Research、LEDinside等机构的数据显示，2020年、2021年三安光电在行业总产能中的比例分别为28.29%、31.68%。事实上，二者在2020年达成合作关系还有一个更重要的转折。正是在这一年，三安光电的董事长林志强成为了矽电股份的股东。2020年9月，林志强以0.28亿元认购了矽电股份的股份。截至申报前，其以2.40%的持股比例位居第12大股东，较华为入股时矽电股份20亿元的估值，林志强所持股份市值已增长了74.37%。入股后的当年12月，矽电股份对三安光电实现0.57亿元的销售收入，占当年对后者的销售额比例达到99.69%。对于入股前后猛增的订单金额，矽电股份并不愿意承认这其中可能存在的“股权换订单”交易。“林志强基于对发行人及其所处行业的看好入股发行人，入股后发行人与三安光电的交易规模快速增长是相关客户对发行人设备认可及其自身需求增长的反映。”矽电股份指出，“林志强入股发行人不存在用订单换取股权的情形。”相似情形还发生在另一大客户兆驰股份（002429.SZ）身上。2020年9月，兆驰股份前实控人顾伟之女顾乡参股矽电股份，截至申报前，其持股比例为1.74%，位居第15大股东之列。入股当年，兆驰股份就一跃成为矽电股份第二大客户，贡献了0.27亿元的收入，占比为14.23%；2022年，兆驰股份带给矽电股份0.37亿元的收入。若扣除三安光电、兆驰股份所贡献的收入，矽电股份2020年至2022年的收入分别为1.04亿元、2.97亿元和1.76亿元。以此测算，矽电股份这一期间的营业收入复合增长率仅为30.09%，较未扣除前的复合增长率低了23.23个百分点。身患“大客户依赖症”的矽电股份是否有望顺利过会，其又该如何解释这其中所存在的业绩可持续性问题似乎有待上市委的裁决。

磁性材料的显微观测有助于材料的微观结构及其形成机理的研究。随着科学技术的发展，磁性材料研究的尺度已经趋向于亚微米级甚至纳米级。因此，超高分辨率和超高灵敏度的测试非常有助于这类尺寸材料的研究。 源于苏黎世联邦理工学院自旋物理实验室的Qzabre公司，结合多年的NV色心磁测量技术与扫描成像技术研发出了基于NV色心的超分辨量子磁学显微镜QSM和NV色心探针。该技术能够实现高灵敏度和高分辨率的磁学成像，并且可以实现定量的磁学分析，所产生的磁场不会对待测样品有扰动，在磁学显微成像上有着显著的优势。超高分辨率、超高灵敏度的量子磁学显微镜！ Qzabre公司自主研发的基于NV色心的超分辨量子磁学显微镜QSM集高性能、友好性、灵活性于一身，使其成为研究纳米尺度磁现象的理想工具，在表面的高分辨率和定量磁性分析方面提供了非常可靠的性能。QSM显微镜采用经过验证的低漂移设计，具有高精度闭环扫描、大范围测量、高效率光学测量、直观的用户界面和简单的针尖更换等优势。基于NV色心的超分辨量子磁学显微镜外观图（左）和内部构造图（右） 相比于传统的显微观测设备如克尔显微镜（分辨率~300 nm），磁力显微镜MFM(分辨率~50 nm )，该设备除了拥有优于30 nm的磁学分辨率外，还可以进行样品表面磁场大小的定量测试，而且NV色心作为单自旋探针, 所产生的磁场不会对待测样品有扰动，在磁学显微成像上有着显著的优势。典型应用更耐用、更灵敏、可定制化的NV色心探针！ 传感器针尖是任何扫描氮空位 (NV) 系统的核心，也是决定设备性能的关键因素。Qzabre对传感器针尖进行不断改进，使其更具光亮、坚固和高性能。金刚石部分与音叉相连，可以为原子力显微镜的操作提供力反馈，整个组件安装在陶瓷芯片上，具有操作简便，性能优异，随时可用等特性。基于陶瓷基片的NV色心探针 在与 NV 轴对齐的磁偏置场下，每个扫描针尖都具有严格的特性。标准探头的灵敏度分为七个等级。也可以根据客户需要，定制各种不同类型的探针。不同灵敏度的NV色心探针（标准探针） 在 NV 实验中，磁杂散场的测量总是投射到 NV 轴上。该轴线取决于制作针尖的金刚石晶体取向。最常见的切割方法是，其 NV 方向与法线成 54.7°。 针对特定应用，我们还提供平面内和平面外取向的针尖。由于信号会随着离轴磁场的增加而减弱，因此这两种针尖非常适用于在较高磁偏压下的测量。平面外针尖也可用于消除方向。不同取向的NV色心探针 为了便于操作，Qzabre将金刚石针尖集成在一个即插即用的传感器芯片上。极小厚度的载体设计确保了传感器可以安装在垂直空间狭小的显微镜中，同时可以根据要求定制金刚石探针的倾斜度。陶瓷芯片载体上的尺寸和接触馈线与Akiyama探针的基底面兼容。整个传感器芯片可兼容真空和低温环境。另外可根据需要提供两种针尖与 PCB 方向的标准配置：向上和向下。向上（左）和向下（右）配置的NV色心探针成功交付于多家国际科研院所机构！ Qzabre公司的基于NV色心的超高分辨量子磁学显微镜已在多家国际院校投入使用，目前在全球范围内已成功交付9套！以下为已成功验收安装的国际用户名单及部分用户验收图。左）在法国Jean Lamour研究所交付使用的带有定制化光路的QSM系统右）法国国家科学研究中心/Thales联合物理研究所kim教授与新安装的QSM系统

增生性瘢痕(HS)是一种病理性瘢痕，表现为异常僵硬、肿胀、抗拉强度降低和色素沉着，可引发瘢痕患者机体功能障碍、情绪焦虑、抑郁等症状。因此，增生性瘢痕的防治一直是创伤后面临的一个重要挑战。聚合物微针(MNs)已成为一种的非常有效的透皮物质交换介质，其可以最小的侵入性帮助在疾病治疗如肿瘤、糖尿病、细菌生物被膜、真菌感染和疤痕中提供各种药物的透皮传递。但换个角度看，微针可穿透表皮层角质层，在组织中形成微孔阵列，往往会改变疤痕组织的生物力学环境和超微结构，这给增生性瘢痕的临床管理寻找一新的方便、耐受性好和可用性强的治疗策略提供了应用可能性。近日，陆军军医大学第一附属医院烧伤科罗高兴教授/谭江琳教授团队的张庆博士联合加拿大曼尼托巴大学Malcolm Xing院士在ACS Nano在线发表了最新研究成果：Down-Regulating Scar Formation by Microneedles Directly via a Mechanical Communication Pathway。该研究提出了微针介导的物理干预调节局部机械应力以改善瘢痕病理特征的增生性瘢痕机械治疗新策略，以阵列密度和三维尺度为变量因素探究聚合物微针微结构对瘢痕治疗效果影响的规律性来提升治疗效率，借助高精度3D打印平台（nanoArch S140，摩方精密）制造不同阵列密度和针体深度的微针阵列三维模型，以丝素蛋白为基础材料通过两步倒模法制造出对应规格的微针贴片。研究团队仅通过调整微针的纵深尺寸和阵列密度，即实现了增生性瘢痕外观和组织力学性能的显著改善。其核心的作用机制：微针的物理干预减少了成纤维细胞产生的收缩和机械应力，减弱整合素- fak通路中机械力信号的传导，下调TGF-β1、α-SMA、I型胶原和纤维连接蛋白的表达，进而产生一个低压力的微环境，有助于显著减少疤痕的形成。这种物理作用与微针的长度和阵列密度密切相关，表现为：微针尺寸太短（≤500μm）无法实现有效的组织穿透，随着针长增加，穿透力提高，但刺入深度太深（≥150μm）存在出血、炎症反应等不良反应，有加剧瘢痕增生的风险。在阵列密度效应方面，研究结果显示，结合有限元分析模型进一步预测，随着阵列密度的增加，有利于机械微环境重构，微针的治疗效果显著增加，但过高的阵列密度(≥20×20) 导致的空间压缩，胶原基质受到明显挤压，反而不利于机械微环境重构。因此，研究团队提出，基于不同瘢痕中的组织厚度分布范围，优先选择组织厚度中位值作为微针尺寸设计的参考值；而微针阵列密度为15×15/cm2时更为合适。这一研究结果与当前其他报道的微针介导的增生性瘢痕治疗策略(主要是透皮给药)显著不同。图 1. 高精密3D打印微针阳模与PDMS翻模流程图2. 微针通过干扰机械力传导下调瘢痕形成的尺寸效应图3. 微针通过干扰机械力传导下调瘢痕形成的阵列密度效应此外，研究团队还指出，与临床上常用的商用张力减压带通过减少线性切口周围的张力来防止疤痕形成相比，微针诱导的物理干预倾向于减少瘢痕组织中细胞与细胞、细胞与细胞外基质之间的机械通信（mechanical communication），从而重构一个有利于瘢痕逆转的低应力微环境。因此，微针贴片除适用于线性手术瘢痕外，对宽片状瘢痕的适应性也优于商用张力减压带。由此可以看出，作为一种微创无痛的选择，这种微针介导的机械治疗策略有很大的潜力为患者提供一种具有成本效益和方便的增生性瘢痕管理。原文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.1c11016