三維原子探針顯微術

三維原子探針顯微術(3DAP),也稱為原子探針斷層分析術(APT),是一種具有原子級空間解析度的測量和分析方法。 以前,由於對樣品有導電性的要求以及製作針尖形狀樣品有一定難度等一些問題,原子探針的套用曾經在很長一段時間內局限於金屬材料,僅僅做純科學的探索。 時至今日,3DAP技術因其獨到的分析視角正在為越來越多的材料研發人員所認識,已經逐漸加入TEM、SIMS等工具的行列,成為材料分析的主流分析技術之一。

定義

三維原子探針顯微術(3DAP),也稱為原子探針斷層分析術(APT),是一種具有原子級空間解析度的測量和分析方法。

簡介

基於“場蒸發”原理,三維原子探針通過在樣品上施加一個強電壓脈衝或者雷射脈衝,將其表面原子逐一變成離子而移走並收集。3DAP的特性就是從最小的尺度來逐點揭示材料內部結構,不論簡單亦或複雜。可以輕鬆獲得納米尺度結構的細節―化學成分和三維形貌,因而專門應對材料研發中令人棘手的小尺度結構的測量與分析問題。例如,沉澱相或團簇結構的尺寸、成份及分布;又比如元素在各種內界面(晶界、相界、多層膜結構中的層間界面等)的偏聚行為等等。
以前,由於對樣品有導電性的要求以及製作針尖形狀樣品有一定難度等一些問題,原子探針的套用曾經在很長一段時間內局限於金屬材料,僅僅做純科學的探索。進入2000年以來,儀器本身在一些關鍵技術上的突破性進展,加上匯聚離子束制樣技術的成熟,大大拓展了原子探針的套用範圍,可研究的對象涵蓋金屬、半導體、存儲介質,到先進材料(納米線、量子阱)等廣泛的材料類型;套用上從純學術研究到汽車、航空發動機、核設施、半導體晶片、LED、光伏材料等等套用科學甚至直接的生產過程監控。從無機材料到有機材料―《Nature》曾報導了利用這一技術對動物頭蓋骨的研究。時至今日,3DAP技術因其獨到的分析視角正在為越來越多的材料研發人員所認識,已經逐漸加入TEM、SIMS等工具的行列,成為材料分析的主流分析技術之一。

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