原位TEM黑科技：MEMS-STM-TEM一體化樣品桿
日期：2018-08-15
原位透射電子顯微分析方法是實時觀測和記錄位于電鏡內部的樣品對于不同外部激勵信號的動態響應過程的方法，是當前物質結構表征科學中具有發展空間的研究領域之一。這一類分析方法按照實現方案和功能分可大致分為兩大類：
（1）基于MEMS芯片技術的原位解決方案。這類方案利用原位樣品桿搭載MEMS芯片，在TEM中可實現原位加熱、電學測量、液體和氣氛環境等功能。
（2）基于STM納米操縱技術的原位解決方案。這類方案利用集成于原位樣品桿頭部的掃描探針單元，結合I-V測量、光學-光電測量、低溫或者力學測量單元，在TEM中實現原位亞納米級操縱、電學測量、光譜學-光電測量、低溫環境以及力學測量等功能。
這兩種方案看似已經覆蓋了所有原位施加激勵的可能性，那么原位TEM分析方法的未來在哪里呢?
澤攸科技經過不斷探索和鉆研，給出了一種讓人腦洞大開的可能性：將STM技術與MEMS技術相結合。
公司作為目前全球獨一同時掌握高精度STM-TEM技術與高質量MEMS芯片加工技術的原位TEM公司，創新發布了MEMS-STM-TEM一體化解決方案：In-situ MST multi-fuctional Lab.
這種方案通過非常巧妙的設計，將MEMS電學-加熱系統與STM系統（或光學-光電系統）集成在TEM樣品桿頭部狹小的空間中，可以對實驗樣品同時施加致多四種激勵信號，結合TEM的原位觀測，使研究者可以擺脫研究手段的束縛，站在更高的維度探索問題。
這種方案看似順理成章，卻不僅僅是簡單的"大雜燴"。小編水平有限，提供幾個思路給大家參考下：
（1） 熱拉伸/壓縮（加熱芯片 + 電學探針）：在TEM中對材料進行熱拉伸/壓縮實驗，結合電鏡原位觀測材料在這一過程中晶格結構的對應變化；
PS：這一過程中，如有需要也可進一步外加電信號以及光學信號，探究這些變量對實驗的影響。
（2） 熱電子發射/場發射（加熱芯片 + 電學探針）：在TEM中利用加熱芯片對材料進行加熱并作為陰極，電學探針施加電場并作為陽極，在加熱與電場的聯合作用下形成電流，再結合TEM原位觀測這一現象；
PS：這一過程中，如有需要也可進一步外加應力以及光學信號，探究這些變量對實驗的影響。
（3）三端器件測量（電學芯片 + 電學探針）：在TEM中利用電學芯片以及電學探針組成三端器件測量系統，結合TEM對三端器件進行準確測量及原位觀測；
PS:這一過程中，如有需要也可進一步外加應力及光學信號，探究這些變量對實驗的影響。
（4）電致發光譜（電學芯片 + 光纖探針）：在TEM中利用電學芯片對材料施加電信號并使材料發光，利用光纖探針收集光信號并外接光譜儀后形成電致發光譜。
PS：這種方案相對與純光電探針桿優勢在于可以施加多端電信號，并且如有需要也可施加熱學及指定位置的應力。
（5） 光電測量（電學芯片 + 光纖探針）：通過光纖探針外接的激光器給樣品施加光學信號，通過電學芯片收集產生的光電流。結合TEM原位觀測這一現象；
PS：如有需要，也可施加熱學及指定位置的應力，并觀測這些變量對實驗的影響。
In-situ MST multi-fuctional Lab 不僅是一套高度集成于TEM內的測量系統，甚至單獨拿出來也是一套高水平的研究設備，是澤攸科技研發團隊經過二十年的探索，給原位TEM分析手段的未來提供的一份答案。
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作者：小攸