告別單一表征局限！AFM/SEM/EDS三合一顯微鏡讓存儲材料關聯分析更高效

在半導體存儲技術向更高密度，更優性能突破的當下，材料微觀特性與器件性能的精準關聯成為科研核心訴求。近日，由奧地利格拉茨電子顯微鏡中心和格拉茨工業大學的研究團隊共同完成的工作顯示，通過QuantumDesign自主研發的AFM/SEM/EDS三合一顯微鏡FusionScope，實現了存儲材料跨尺度，跨模態的精準關聯表征突破，在無需額外樣品制備的情況下，成功對標準透射電子顯微鏡（TEM）樣品進行了原子力顯微鏡成像與多維度數據關聯，為下一代存儲器研發提供了關鍵技術支撐，其核心價值已通過Micron研究文獻充分驗證。

圖1. FusionScope三合一多功能顯微鏡

技術融合: 直擊存儲材料表征的三大核心痛點

存儲材料的性能優化高度依賴微觀結構，力學特性與電學行為的協同分析，但傳統表征手段長期面臨三大瓶頸：樣品在AFM與SEM間轉移易受污染、目標區域定位偏差大、多維度數據難以精準關聯。FusionScope憑借AFM+SEM+EDS三位一體集成設計，從根本上解決了這些難題。

該系統采用共坐標系統與80°原位旋轉結構，借助SEM的實時視野實現AFM針尖精準導航，無需轉移樣品即可完成同區域形貌、元素、力學特性的多維度測量，規避了環境敏感性存儲材料的表征誤差。其自感應懸臂技術無需光學對準，能以低于50 pm的成像噪聲捕獲亞納米級形貌細節，為存儲材料的精細結構分析奠定了可靠基礎。

圖2 在碳支持網格上使用不同長度和測量模式的AFM表征圖，每列顯示了在AFM掃描之前，AFM掃描期間以及AFM掃描之后的區域，可見特定區域的樣品損壞，測量區域用指定顏色的矩形顯示。

在對透射電鏡標準樣品碳支持膜上的納米線樣品表征過程中，研究人員通過系統的SEM寬視場快速定位目標區域，再以AFM動態模式獲取三維形貌，結合EDS能譜分析實現元素分布與表面性能的精準關聯，清晰揭示了薄膜厚度均勻性與導電性能的內在聯系。

圖3 用FusionScope在不同傾斜角下獲得的碳網格樣品的SEM圖像，以contact模式穿過膜后的懸臂長300um，撞向網格以及不用模式AFM測量方法造成的表面損傷

圖4 掃描速度對于300um長的懸臂梁輕敲模式下形貌圖像質量的影響，標記了三個不同的區域，以便在不同掃描速度下直接比較測量性能。

圖5 a)碳網格上金納米線的SEM, AFM, TEM關聯圖像，b)采用300um懸臂梁動態模式下采集金納米線的三維AFM圖像，c)測量納米線的截面高度信息等。

圖6顯示了WC-Co薄片的AFM高度測量結果，并與相應的HAADF和EDX數據進行了關聯，采用AFM參數：共振頻率571.4 kHz,振幅11.2 mV，掃描速度2.8 μm/s，耳軸傾斜80°，獲得了5.5 μmx5 μm的形貌圖像，將這三種方法聯系起來比單獨使用任何一種技術提供更全面的理解，綜合測量方法可以在同一樣品區域內直接比較表面粗糙度，3D形態，結構特征和元素組成等。

圖6 WC-Co透射電鏡薄片關聯圖：（a）AFM形貌圖，（b）高角環形暗場圖像（HAADF），（c）EDS圖像。

存儲領域專屬賦能：加速研發與迭代進程

作為Quantum Design自主研發的集成方案，FusionScope在儲存材料領域展現出很強的適配性與實用性，從核心研發到失效分析全流程賦能：

• 半導體存儲器件：實現納米級存儲單元的形貌、力學性能與元素分布同步表征，精準定位失效節點，為器件可靠性優化提供數據支撐；

• 二維存儲材料：針對石墨烯、過渡金屬硫族化合物等新型存儲材料，提供無損原位表征，清晰呈現層間結構與電學性能的關聯；

• 存儲薄膜材料：通過多維度數據關聯，揭示薄膜厚度均勻性、表面粗糙度與導電性能的內在聯系，指導薄膜制備工藝優化。

系統搭載的可定制化軟件界面支持從基礎表征到高級測試的全場景應用，樣品更換僅需幾分鐘，配合自動數據歸檔和軟件集成功能，大幅縮短了從實驗到分析的周期，顯著提升了研發效率。正如Micron文獻所驗證，FusionScope的技術融合為存儲材料的創新研發提供了全新的表征視角，加速了技術轉化與產品迭代進程。

展望：持續深耕存儲材料表征創新

此次聯合研究團隊的成果充分證明，FusionScope 以 “原位無損、精準定位、多功能協同" 的核心優勢，正在重塑存儲材料微觀表征的工作模式。未來，Quantum Design將持續深化FusionScope的技術能力，以更精準，更高效的表征解決方案，助力科研與產業界突破微觀世界的認知邊界，為半導體存儲等前沿領域的創新發展注入不竭動力。