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2020年，全球第一台手套箱内场发射扫描电镜在南方科技大学稳定运行

2020.11.10

南方科技大学林君浩博士课题组由近十位博士后、博士与研究生组成，主要研究兴趣是二维材料的新奇物理特性。课题组致力于实验与理论相结合的手段研究新型二维材料中原子结构与材料性能之间的关联，使用 CVD（Chemical Vapor Deposition）技术生长单层或少层的新型二维材料。

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鉴于目前大多数层状材料在单层的情况极易被氧化，因此该课题组搭建了一套新型的手套箱互联系统与生长设备直接相连，可以在生长的整个过程以及后续的样品表征中隔绝水氧与控制环境微粒度。目前实验室已经初步建成了一套总投资达 1000 余万人民币的新型手套箱互联系统，帮助他们在隔绝水氧与控制环境微粒度的条件下实现从样品生长、转移、表征到器件制造的整个过程。

控水氧手套箱互联系统

扫描电镜表征是材料研究的一个重要环节，如何将扫描电镜放进手套箱内呢？除了最基本的要求——扫描电镜的分辨率可以满足材料观察的需要，还有三个必须考虑的核心要素：

1. 体积小

落地式扫描电镜体积大，手套箱内的空间有限，因此只能考虑把紧凑型台式设计的扫描电镜放进手套箱内工作；

2. 质量好

放进手套箱内的台式扫描电镜的质量必须可靠，因为放进手套箱内的扫描电镜不方便拿进拿出。如果频繁出现故障，那后期的维修维护将是很头疼的一件事；

3. 灯丝寿命

灯丝的寿命也很关键，长寿命的灯丝可以避免频繁更换手套箱内扫描电镜的灯丝，灯丝寿命是越长越好；

综合以上考虑，林老师最后选择了飞纳台式场发射扫描电镜 Phenom Pharos。Phenom Pharos 是目前市面上分辨率最高的台式电镜，采用肖特基场发射电子枪，分辨率优于 2.2nm。飞纳电镜于 2006 年诞生于荷兰埃因霍温，推出全球首台采用长寿命（单根灯丝寿命大于 1500 小时），高亮度 CeB6 灯丝台式扫描电镜，同类台式扫描电镜采用的是钨灯丝（单根灯丝寿命大约为 100 小时）。创新突破从未停止，飞纳电镜现已推出第六代产品，2019 年，飞纳推出台式场发射扫描电镜 Phenom Pharos，操作延续了飞纳电镜系列高效简便，灯丝寿命更长，分辨率更高。飞纳电镜采用专利的样品杯设计，样品台取放、调节简易（避免了手套箱内无法灵活操作）。 Phenom Pharos(4).jpg

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飞纳台式场发射电镜 Phenom Pharos

林老师与飞纳电镜工程师详细沟通了手套箱内的安装方案，工程师将方案逐步落实，Phenom Pharos 终于在氮气手套箱内成功运行。这是全球第一台在氮气手套箱内运行的场发射扫描电镜案例。手套箱内非常干燥，容易产生大量静电，解决方案是在手套箱内安装 SPI 无风型静电消除器，同时为 Pharos 定制了一款多孔的设备外壳，以此更有效地减弱静电干扰。

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