泽攸科普——台阶仪:纳米量级样品表面形貌高效检测技术


发布时间:

2024-02-01

台阶仪是一种能够在纳米和微米尺度上探测样品表面三维形貌的高精度检测装置,被广泛应用于半导体制造、材料科学、生命科学等领域,用于监控工艺质量、表征材料形貌、分析组织和细胞表面等。本文泽攸科技小编将以国产台阶仪JS100A为引,展开介绍一下台阶仪的各项基本信息。

台阶仪是一种能够在纳米和微米尺度上探测样品表面三维形貌的高精度检测装置,被广泛应用于半导体制造、材料科学、生命科学等领域,用于监控工艺质量、表征材料形貌、分析组织和细胞表面等。本文泽攸科技小编将以国产台阶仪JS100A为引,展开介绍一下台阶仪的各项基本信息。

一、工作原理

台阶仪的核心工作原理是利用一个尖锐的探针在样品表面进行扫描,然后根据探针在垂直(Z)方向上的位移变化,配合精确的横向扫描与位置控制,最终重建出样品表面的三维形状。一般采用压阻效应或光学检测的方法来捕捉和放大探针的纵向位移信号。台阶仪可在0.01nm的量级上探测样品表面形貌的微小变化,是目前分辨率最高的表面形貌检测技术之一。

国产台阶仪JS100A采用金刚石探针

二、结构与组成

一个完整的台阶仪系统大致可分为:探针系统、精密扫描平台、信号采集与处理系统、图像生成与分析软件等几大部分。其中,探针系统是核心部件,常用的探针材料有金刚石、硅等,探针尖端曲率半径一般在20-100nm;精密扫描平台能够实现对样品高精度的X-Y方向扫描与Z方向调焦;信号系统则对探针位移信号进行预放大、滤波、数字化转换等处理;图像生成系统则将数字信号转换为样品表面真实的三维形貌图像。

三、主要性能参数

台阶仪的主要性能指标包括:

1、垂直分辨率,代表台阶仪在Z方向上探测高度变化的最小单位,当前商用设备最高可达0.01nm;

2、扫描范围,代表最大可检测面积,一般在几微米至几百微米不等;

3、线性度与重复性,表示台阶仪的测量精度和重复性水平。

此外,工作温度范围、最大扫速等参数也影响系统测量性能。这些参数的不断优化,使台阶仪能够进行高精度的微纳米量级组织结构和位移变化检测。

四、应用领域

半导体制造业。利用台阶仪检测硅片、光刻胶层等表面粗糙度、位移变化和缺陷,评价器件工艺质量;检测薄膜的厚度和均匀性;用于光刻机光学组件的形貌检测与评估等。

新材料研发。应用台阶仪分析各类材料的表面形貌、位错位移、原子级结构等微观信息,为优化材料加工工艺和最终性能提供依据。

生物医药领域。使用台阶仪高分辨观测蛋白质种类与数量、肿瘤细胞表面形貌变化等,可实现对疾病的早期诊断;检测新型药物对细胞形貌结构的影响,为评价药效提供依据。

精密加工与检测。采用台阶仪对精密机械部件及光学组件进行形貌检测,评估加工质量,实现过程控制;检测磨具磨损情况,优化加工参数。

五、发展趋势

当前,台阶仪技术与应用方向主要集中在:

1、提高测量分辨率和精度,已从原来的亚微米量级发展到现在的纳米甚至达到原子级;

2、扩大检测面积范围,现有产品最大可达视野范围已从20μm提高到了毫米级;

3、提高扫描速度,大大缩短测试时间;

4、增加表征信息,如结合拉曼光谱技术同时获取样品化学成分和结构信息;

5、系统集成化方面也取得重大进展,实现了与光学显微镜、各类光谱技术的有机结合,大幅提高了检测通量与信息量。

可以预见,借助计算机技术和大数据分析的持续推动,台阶仪向更高灵敏度、更宽视野、更高检测速率与更强智能化分析的方向发展,其在半导体制造、精密加工、新材料开发、生物医药等领域的应用前景非常广阔。

泽攸科技台阶仪

安徽泽攸科技有限公司是一家具有完全自主知识产权的科学仪器公司, 自20世纪90年代开始投入电镜及相关附件研发以来,研发团队一直致力于为纳米科学研究提供卓越的仪器。目前,公司有包括PicoFemto系列原位TEM测量系统原位SEM测量系统ZEM系列台式扫描电镜JS系列台阶仪纳米位移台二维材料转移台探针台及低温系统光栅尺等在类的多个产品线,在国内外均获得了高度关注,填补了国家在高端精密仪器领域的诸多空白。