太妙了！这台AFM/SEM二合一显微镜，让纳米线阵列电学表征看得见、测得准
近日，由德国布伦瑞克工业大学半导体技术研究所领衔的研究团队，发布了一项关于压电氧化锌纳米线的研究成果[1]。该研究依托AFM/SEM二合一显微镜FusionScope系统，全面评估了不同生长条件下ZnO纳米线的结构、力学与电学特性，实现了在扫描电子显微镜视野下对单根ZnO纳米线的精准电接触与电流-电压特性测量，为下一代压电纳米发电机的高效设计与性能优化提供了关键数据支撑。
图1. FusionScope二合一多功能显微镜
设备核心优势：解决传统表征痛点
在纳米科技与能源材料研究飞速发展的今天，ZnO 纳米线因兼具优异压电特性与半导体特性，成为微纳能量收集器的核心材料，但其精准、无损表征一直面临挑战。传统表征手段往往需要将样品在不同设备之间切换，即增加了样品损坏的风险，又难以实现精准共定位，严重影响表征结果的准确性与可靠性。
FusionScope系统通过集成原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）及 Kleindiek 纳米机械手微操纵器，从根本上解决上述问题：
原位无损表征：无需转移样品，可在同一系统内完成 ZnO 纳米线的形貌表征与电学测试，避免样品移动导致的损伤或位置偏差；
精准定位操控：依托高倾角（-10°-80°）SEM 成像引导，纳米机械手可将探针精确定位至单根 ZnO 纳米线顶端，实现 “靶向” 电学测试，且支持最多 4 个微操作器同时集成，提升测试效率；
多性能协同分析：除电学表征外，可结合 AFM 接触共振模式测量纳米线压痕模量，搭配 ESPY33 工具评估压电系数（d₃₃），实现结构、力学、电学性能的一体化分析，系统地表征了 ZnO 纳米线在能量收集应用中的综合性能。
FusionScope：揭示 ZnO 纳米线关键电学特性
FusionScope 系统能够在高倾角的SEM图像引导下，将探针精确定位至目标纳米线顶端，完成原位电学测试；结果发现，通过 FusionScope 所获得的 *I-V* 曲线清晰地揭示了 ZnO 纳米线与钨探针之间的欧姆接触行为。这一发现与通常预期的肖特基接触有所不同，研究团队分析认为可能与探针诱导的局部电场、表面缺陷态、或聚合物残留等因素有关。该结果对理解纳米器件中金属-半导体界面行为具有重要意义。
压电纳米发电机自问世以来，研发人员致力于推动该技术的大规模应用，核心问题聚焦于如何提升这种新型器件的输出性能；研究发现输出性能的改善取决于氧化锌（ZnO）纳米线的几何形状，阵列的压电系数随着纳米线高度的增加和直径的减小而增加，因此，通过FusionScope研究其直径与长度对材料压电性能的影响对于压电纳米发电机的推广起着促进作用。
使用FusionScope配套的插件微操作器对ZnO纳米线的电学性能进行表征，电学测试在接触模式下进行，导电的AFM针尖与ZnO纳米线的顶部接触，为了单独表征ZnO纳米线，使用安装在连接到MM3E微操作器的低电流测量套件上的探针针尖，对每个样品的三个点采集了I-V曲线，微操作器作为AFM/SEM二合一显微镜 FusionScope的附加组件安装，高达80°的倾斜视图SEM成像能够将探针针尖精准定位到不同的ZnO纳米线上。如图2所示。
图2. (a)使用微操作器测量ZnO纳米线阵列I-V特性的FusionScope装置内部示意图，最多可同时将4个微操作器集成到FusionScope中。（b）探针与ZnO纳米线接触的25°倾斜视图SEM显微照片。
根据接触尺寸相对于ZnO纳米线横截面宽度的大小，独立的ZnO纳米线与顶部接触金属之间的界面电学行为可以从肖基特变为欧姆接触，本研究通过使用微操作器测量生长状态下的ZnO纳米线的I-V曲线特性来研究界面的电学行为，测量具有不同直径以及纳米线顶部形成的界面类型的ZnO纳米线的I-V特性结果如图3所示。图3a,c,d可以看出，I-V曲线具有线性特征，证明探针压在样品顶端形成了欧姆接触，另一方面，图3b描绘了样品波动的I-V曲线，这可归因于O2等离子体刻蚀后的嵌入聚合物残留物或Cr/Au薄膜顶接触。
图3. 使用微操作器对ZnO纳米线阵列进行I-V测量的结果：(a,b)电学探针与纳米线阵列样品TSG570接触的SEM显微照片及其相应的I-V图；（c,d）电学探针与纳米线阵列样品TSG690接触的SEM显微照片及其相应的I-V图。对于（b,d）嵌入聚合物已部分被O2等离子体刻蚀以进行接触探测。
赋能多场景微观性能分析
FusionScope 作为一款集成了 AFM 与 SEM 的关联分析平台，不仅在材料科学研究中表现出色，也在纳米电子器件、半导体工艺、能源材料等领域的微观性能分析中展现出强大潜力。设备通过SEM侧向视野，精准定位探针位置，针对性地对目标区域进行扫描，在半导体加工、薄膜材料、磁性样品等领域都具有突出的应用优势。同时，FusionScope还具有免样品转移、高清快速成像、一键完成模块导航等优势，在实际测试中为研究者带来了极大的便利。所有你关心的材料特质，都能在这里找到答案！
研究负责人之一 Frank Eric Boye Anang 评价“FusionScope 为我们提供了全新的原位电学探测能力，它使我们在不移动或损坏样品的情况下，就能对特定纳米结构进行可靠的电学性能评估，极大提升了实验的准确性与重复性。”
FusionScope 凭借 “原位无损、精准定位、多性能协同” 的技术特性，为纳米材料表征提供了高效解决方案。其在 ZnO 纳米线阵列研究中的应用，不仅推动了压电纳米发电机的研发进程，更为多领域微观性能分析开辟了新路径，助力科研与产业界突破纳米表征技术瓶颈。
参考文献：
[1]. Nondestructive Mechanical and Electrical Characterization of Piezoelectric Zinc Oxide Nanowires for Energy Harvesting, Micromachines 2025, 16(8), 927; https://doi.org/10.3390/mi16080927