南方科技大學林君浩博士課題組由近十位博士后、博士與研究生組成，主要研究興趣是二維材料的新奇物理特性。課題組致力于實驗與理論相結(jié)合的手段研究新型二維材料中原子結(jié)構(gòu)與材料性能之間的關(guān)聯(lián)，使用 CVD（Chemical Vapor Deposition）技術(shù)生長單層或少層的新型二維材料。

鑒于目前大多數(shù)層狀材料在單層的情況極易被氧化，因此該課題組搭建了一套新型的手套箱互聯(lián)系統(tǒng)與生長設(shè)備直接相連，可以在生長的整個過程以及后續(xù)的樣品表征中隔絕水氧與控制環(huán)境微粒度。目前實驗室已經(jīng)初步建成了一套總投資達 1000 余萬人民幣的新型手套箱互聯(lián)系統(tǒng)，幫助他們在隔絕水氧與控制環(huán)境微粒度的條件下實現(xiàn)從樣品生長、轉(zhuǎn)移、表征到器件制造的整個過程。

控水氧手套箱互聯(lián)系統(tǒng)

掃描電鏡表征是材料研究的一個重要環(huán)節(jié)，如何將掃描電鏡放進手套箱內(nèi)呢？除了最基本的要求——掃描電鏡的分辨率可以滿足材料觀察的需要，還有三個必須考慮的核心要素：

1. 體積小

落地式掃描電鏡體積大，手套箱內(nèi)的空間有限，因此只能考慮把緊湊型臺式設(shè)計的掃描電鏡放進手套箱內(nèi)工作；

2. 質(zhì)量好

放進手套箱內(nèi)的臺式掃描電鏡的質(zhì)量必須可靠，因為放進手套箱內(nèi)的掃描電鏡不方便拿進拿出。如果頻繁出現(xiàn)故障，那后期的維修維護將是很頭疼的一件事；

3. 燈絲壽命

燈絲的壽命也很關(guān)鍵，長壽命的燈絲可以避免頻繁更換手套箱內(nèi)掃描電鏡的燈絲，燈絲壽命是越長越好；

綜合以上考慮，林老師最后選擇了飛納臺式場發(fā)射掃描電鏡 Phenom Pharos。Phenom Pharos 是目前市面上分辨率最高的臺式電鏡，采用肖特基場發(fā)射電子槍，分辨率優(yōu)于 2.2nm。飛納電鏡于 2006 年誕生于荷蘭埃因霍溫，推出全球首臺采用長壽命（單根燈絲壽命大于 1500 小時），高亮度 CeB6 燈絲臺式掃描電鏡，同類臺式掃描電鏡采用的是鎢燈絲（單根燈絲壽命大約為 100 小時）。創(chuàng)新突破從未停止，飛納電鏡現(xiàn)已推出第六代產(chǎn)品，2019 年，飛納推出臺式場發(fā)射掃描電鏡 Phenom Pharos，操作延續(xù)了飛納電鏡系列高效簡便，燈絲壽命更長，分辨率更高。飛納電鏡采用專利的樣品杯設(shè)計，樣品臺取放、調(diào)節(jié)簡易（避免了手套箱內(nèi)無法靈活操作）。

飛納臺式場發(fā)射電鏡 Phenom Pharos

林老師與飛納電鏡工程師詳細溝通了手套箱內(nèi)的安裝方案，工程師將方案逐步落實，Phenom Pharos 終于在氮氣手套箱內(nèi)成功運行。這是全球第一臺在氮氣手套箱內(nèi)運行的場發(fā)射掃描電鏡案例。手套箱內(nèi)非常干燥，容易產(chǎn)生大量靜電，解決方案是在手套箱內(nèi)安裝 SPI 無風型靜電消除器，同時為 Pharos 定制了一款多孔的設(shè)備外殼，以此更有效地減弱靜電干擾。

靜電消除器工作原理

在手套箱內(nèi)運行的 Phenom Pharos 前部 & 后部

在手套箱內(nèi)運行的 Phenom Pharos 側(cè)面

使用在手套箱內(nèi)運行的 Phenom Pharos 拍攝的金顆粒 SEM 圖片

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