在微區(qū)樣品（如納米材料、生物單細(xì)胞、半導(dǎo)體缺陷等）的多維表征中，科研人員常需在同一區(qū)域聯(lián)合使用多種技術(shù)平臺（如拉曼、SEM、AFM等）進(jìn)行測試。然而，不同設(shè)備在光學(xué)系統(tǒng)、樣品臺結(jié)構(gòu)和成像分辨率等方面存在差異，導(dǎo)致樣品跨平臺轉(zhuǎn)移后原有定位標(biāo)記失效，必須重新定位。

傳統(tǒng)定位方法依賴人工搜尋樣品表面特征（如缺陷或劃痕），通過反復(fù)調(diào)整樣品臺與圖像比對來逼近原測試區(qū)。該過程對微米甚至納米尺度樣品極為耗時，單次定位常需數(shù)十分鐘至數(shù)小時。若聯(lián)合3–4種技術(shù)，累計定位時間將嚴(yán)重擠壓有效數(shù)據(jù)采集。此外，多數(shù)測試中心采用“機(jī)時收費(fèi)”模式，定位時間全額計費(fèi)，進(jìn)一步推高了科研成本，影響實(shí)驗(yàn)效率與資源利用。

為解決上述問題，HORIBA 公司推出以 nanoGPS 定位芯片為重要，搭配 navYX-connect 軟件的一體化解決方案。該技術(shù)通過在樣品旁固定定位芯片建立統(tǒng)一坐標(biāo)基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)跨設(shè)備快速匹配原測試區(qū)域，無需人工反復(fù)搜尋樣品特征，明顯簡化流程、提升測試效率。

該技術(shù)具備三大重要優(yōu)勢：

1. 易用性高：芯片體積小，通過常規(guī)導(dǎo)電膠即可固定于樣品托，材質(zhì)穩(wěn)定、可重復(fù)使用，明顯降低操作成本。

2. 定位精確：讀取過程不受光學(xué)系統(tǒng)限制，精度由平移臺機(jī)械性能決定，可實(shí)現(xiàn)微米級偏差。

3. 兼容性廣：不綁定特定設(shè)備品牌，適用于光學(xué)顯微鏡、共聚焦顯微鏡及多種表面分析平臺，覆蓋材料、生命科學(xué)、微電子等多領(lǐng)域。                        

圖1. nanoGPS 芯片與navYX-connect 軟件

圖2. nanoGPS 芯片的使用與navYX-connect 軟件界面

在 ULVAC-PHI 設(shè)備上的應(yīng)用實(shí)例

作為表面分析設(shè)備領(lǐng)域的先行者，ULVAC-PHI 與 HORIBA 合作，將 nanoGPS 芯片應(yīng)用于其新一代 XPS（PHI GENESIS）與 TOF-SIMS（PHI nanoTOF3?）設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)了多種微區(qū)樣品的跨平臺精確定位分析。下面將簡單介紹nanoGPS定位芯片在PHI nanoTOF3+的應(yīng)用。

MoS?樣品的跨平臺定位與分析

如圖3所示，我們以尺寸約10 μm的MoS?薄片為分析對象，展示了其在光學(xué)顯微鏡、拉曼光譜、光致發(fā)光成像與PHI nanoTOF3?之間的跨平臺定位過程。在TOF-SIMS平臺上，首先利用Calibration chip進(jìn)行多區(qū)域Mapping圖像采集，并將數(shù)據(jù)導(dǎo)入navYX-connect軟件，自動建立設(shè)備坐標(biāo)系。隨后，對tag chip區(qū)域進(jìn)行小尺寸Mapping采集并加載至軟件中，通過調(diào)用預(yù)存的拉曼定位圖像（POI），軟件自動計算出MoS?樣品在TOF-SIMS坐標(biāo)系中的精確位置。將該坐標(biāo)輸入設(shè)備控制軟件SmartSoft后，樣品臺可自動移動至目標(biāo)區(qū)域。實(shí)測結(jié)果顯示，定位坐標(biāo)與理論值偏差極小，充分驗(yàn)證了nanoGPS系統(tǒng)在跨平臺定位中的準(zhǔn)確性。

圖3. 約10 μm的MoS?薄片在不同顯微設(shè)備上的跨平臺分析

WSe?樣品的“一次建系、重復(fù)使用”驗(yàn)證

nanoGPS技術(shù)具備“一次建系、重復(fù)復(fù)用”的重要優(yōu)勢。在完成TOF-SIMS平臺的坐標(biāo)系建立后，我們更換了第二個樣品——邊長為50 μm的WSe?二維半導(dǎo)體材料。該樣品-芯片組合已預(yù)先在拉曼設(shè)備中完成定位。在TOF-SIMS分析中，無需重新執(zhí)行校準(zhǔn)流程，只需對tag chip區(qū)域進(jìn)行圖像采集并加載至navYX-connect軟件，系統(tǒng)即可自動輸出WSe?樣品的精確坐標(biāo)。該方法將跨平臺定位流程大幅簡化，有效避免了設(shè)備更換導(dǎo)致的重復(fù)定位問題，明顯提升了測試效率并降低了機(jī)時成本。

圖4. 邊長50 μm的二維半導(dǎo)體材料WS2在不同顯微設(shè)備上的跨平臺分析

WS?樣品微米級晶界的精確定位

對于尺度在微米以下的精細(xì)結(jié)構(gòu)，nanoGPS同樣展現(xiàn)出優(yōu)越的定位能力。 通過穩(wěn)定的坐標(biāo)傳遞與微米級定位精度，該系統(tǒng)成功在不同顯微分析設(shè)備間鎖定了WS?樣品中尺寸約1 μm的晶界這一微觀特征。圖5清晰展示了該晶界區(qū)域在多個平臺中的成像結(jié)果，證明了該技術(shù)對于亞微米尺度結(jié)構(gòu)的跨平臺追溯能力，為微觀缺陷分析、晶界性質(zhì)研究等提供了可靠的定位支撐。

圖5. WS?樣品在不同顯微設(shè)備上的跨平臺分析，1 μm左右的晶界清晰可見

綜上所述，HORIBA nanoGPS 定位技術(shù)基于“易用、精確、通用”三大優(yōu)勢，通過統(tǒng)一的坐標(biāo)基準(zhǔn)與“一次建系、重復(fù)復(fù)用”機(jī)制，徹底革新了跨平臺微區(qū)定位的工作流程。該技術(shù)成功解決了傳統(tǒng)方法效率低下、操作繁瑣的重要痛點(diǎn)。通過nanoGPS 定位技術(shù)，ULVAC-PHI 的XPS、TOF-SIMS和AES設(shè)備能夠與拉曼、SEM和AFM等多種設(shè)備間實(shí)現(xiàn)微米級精度的快速定位。這不只大幅節(jié)省了機(jī)時與科研成本，更確保了多維度表征數(shù)據(jù)的高關(guān)聯(lián)性與準(zhǔn)確性，為材料科學(xué)、生命科學(xué)及微電子等領(lǐng)域的精密分析研究提供了關(guān)鍵的技術(shù)支撐。

-轉(zhuǎn)載于《PHI表面分析 UPN》公眾號