告别单一表征局限！AFM/SEM/EDS三合一显微镜让存储材料关联分析更高效
发布日期：2025-12-25
在半导体存储技术向更高密度，更优性能突破的当下，材料微观特性与器件性能的精准关联成为科研核心诉求。近日，由奥地利格拉茨电子显微镜中心和格拉茨工业大学的研究团队共同完成的工作显示，通过QuantumDesign自主研发的AFM/SEM/EDS三合一显微镜FusionScope，实现了存储材料跨尺度，跨模态的精准关联表征突破，在无需额外样品制备的情况下，成功对标准透射电子显微镜（TEM）样品进行了原子力显微镜成像与多维度数据关联，为下一代存储器研发提供了关键技术支撑，其核心价值已通过Micron研究文献充分验证。
图1. FusionScope三合一多功能显微镜
技术融合: 直击存储材料表征的三大核心痛点
存储材料的性能优化高度依赖微观结构，力学特性与电学行为的协同分析，但传统表征手段长期面临三大瓶颈：样品在AFM与SEM间转移易受污染、目标区域定位偏差大、多维度数据难以精准关联。FusionScope凭借AFM+SEM+EDS三位一体集成设计，从根本上解决了这些难题。
该系统采用共坐标系统与80°原位旋转结构，借助SEM的实时视野实现AFM针尖精准导航，无需转移样品即可完成同区域形貌、元素、力学特性的多维度测量，彻底规避了环境敏感性存储材料的表征误差。其自感应悬臂技术无需光学对准，能以低于50 pm的成像噪声捕获亚纳米级形貌细节，为存储材料的精细结构分析奠定了可靠基础。
图2 在碳支持网格上使用不同长度和测量模式的AFM表征图，每列显示了在AFM扫描之前，AFM扫描期间以及AFM扫描之后的区域，可见特定区域的样品损坏，测量区域用指定颜色的矩形显示。
在对透射电镜标准样品碳支持膜上的纳米线样品表征过程中，研究人员通过系统的SEM宽视场快速定位目标区域，再以AFM动态模式获取三维形貌，结合EDS能谱分析实现元素分布与表面性能的精准关联，清晰揭示了薄膜厚度均匀性与导电性能的内在联系。
图3 用FusionScope在不同倾斜角下获得的碳网格样品的SEM图像，以contact模式穿过膜后的悬臂长300um，撞向网格以及不用模式AFM测量方法造成的表面损伤
图4 扫描速度对于300um长的悬臂梁轻敲模式下形貌图像质量的影响，标记了三个不同的区域，以便在不同扫描速度下直接比较测量性能。
图5 a)碳网格上金纳米线的SEM, AFM, TEM关联图像，b)采用300um悬臂梁动态模式下采集金纳米线的三维AFM图像，c)测量纳米线的截面高度信息等。
图6显示了WC-Co薄片的AFM高度测量结果，并与相应的HAADF和EDX数据进行了关联，采用AFM参数：共振频率571.4 kHz,振幅11.2 mV，扫描速度2.8 μm/s，耳轴倾斜80°，获得了5.5 μmx5 μm的形貌图像，将这三种方法联系起来比单独使用任何一种技术提供更全面的理解，综合测量方法可以在同一样品区域内直接比较表面粗糙度，3D形态，结构特征和元素组成等。
图6 WC-Co透射电镜薄片关联图：（a）AFM形貌图，（b）高角环形暗场图像（HAADF），（c）EDS图像。
存储领域专属赋能：加速研发与迭代进程
作为Quantum Design自主研发的集成方案，FusionScope在储存材料领域展现出极强的适配性与实用性，从核心研发到失效分析全流程赋能：
半导体存储器件：实现纳米级存储单元的形貌、力学性能与元素分布同步表征，精准定位失效节点，为器件可靠性优化提供数据支撑；
二维存储材料：针对石墨烯、过渡金属硫族化合物等新型存储材料，提供无损原位表征，清晰呈现层间结构与电学性能的关联；
存储薄膜材料：通过多维度数据关联，揭示薄膜厚度均匀性、表面粗糙度与导电性能的内在联系，指导薄膜制备工艺优化。
系统搭载的可定制化软件界面支持从基础表征到高级测试的全场景应用，样品更换仅需几分钟，配合自动数据归档和软件集成功能，大幅缩短了从实验到分析的周期，显著提升了研发效率。正如Micron文献所验证，FusionScope的技术融合为存储材料的创新研发提供了全新的表征视角，加速了技术转化与产品迭代进程。
展望：持续深耕存储材料表征创新
此次联合研究团队的成果充分证明，FusionScope 以 “原位无损、精准定位、多功能协同” 的核心优势，正在重塑存储材料微观表征的工作模式。未来，Quantum Design将持续深化FusionScope的技术能力，以更精准，更高效的表征解决方案，助力科研与产业界突破微观世界的认知边界，为半导体存储等前沿领域的创新发展注入不竭动力。
