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原子力显微镜（AFM）的精确表征助力碳化硅（SiC）表界面的微观观察
时间：2025-07-10
碳化硅（Silicon Carbide，SiC）是一种宽禁带半导体材料，因其优越的物理和电学特性，在现代半导体产业中扮演着越来越重要的角色，特别是应用在高压、高频、高温、高功率等极端环境下的电子器件中。同时，由于SiC材料和器件表面形貌、晶体质量、粗糙度等参数对其性能有显著影响，原子力显微镜（AFM）作为纳米级表面分析工具，在SiC相关研究和生产中具有不可替代的重要性。
尽管SiC具备卓越的电学和热学性能，但其材料制备、晶体生长、表面处理、器件加工等环节面临诸多挑战，如表面粗糙度控制、外延层质量、晶体缺陷等问题。因此，要充分发挥SiC的优异性能，必须对其材料质量、表面状态、加工精度进行严格把控。AFM作为一种高分辨率、非破坏性的表面测量和分析工具，已逐渐成为SiC材料与器件研发、生产与质量控制中不可或缺的利器。通过AFM的精确表征，科研人员与工程师能够深入理解SiC表界面的微观世界，持续推动SiC半导体技术向更高性能、更高可靠性迈进。
如下图所示，这是一张富睿思原子力显微镜（AFM）的扫描结果，扫描范围为500 nm的SiC原子台阶图像，台阶高度约为0.75 nm。
如下图所示，这是一张使用富睿思原子力显微镜（AFM）扫描SiC表面得到的图像，扫描范围为10 μm，C面的粗糙度为0.72 nm。
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原子力显微镜（AFM）在LTPS生产制造与质量控制中的关键作用2025-06-24LTPS（Low Temperature Polycrystalline Silicon，低温多晶硅）是一种用于制造薄膜晶体管（TFT）的技术，广泛应用于现代显示面板行业，特别是在高端中小尺寸显示器件中，如智能手机、平板电脑、车载显示器、高端笔记本电脑以及新兴的柔性显示和AMOLED屏幕中。
原子力显微镜（AFM）在LTPS技术的研究与生产测试过程中，扮演着不可或缺的角色。这主要是因为LTPS的核心在于其多晶硅薄膜的表面形貌、晶粒结构、结晶质量、电学特性分布等微观特性，而这些特性直接影响TFT器件的性能，如迁移率、阈值电压、均匀性和可靠性。均匀的晶粒有利于提高电子迁移率；表面粗糙度会影响后续栅极绝缘层、源漏极等工艺的均匀性与界面质量；晶界如有缺陷会影响载流子迁移和器件一致性；结晶缺陷和孔洞会影响TFT的电学稳定性和寿命。
AFM作为一种超高分辨率、非破坏性的表面形貌与材料特性分析工具，能够对表面粗糙度、晶粒大小与分布、晶界密度与取向、结晶缺陷与孔洞等这些微观特征进行纳米级甚至原子级的表征，为以LTPS为代表的面板行业中工艺优化、缺陷分析、机理研究及产品良率提升提供关键数据支撑。
以下就以两幅LTPS的AFM扫描图像为例，为大家展示富睿思原子力显微镜（AFM）测量效果。下面两幅图是晶向略有差异的扫描范围均为5 μm的LTPS晶粒图像，两幅图的粗糙度约为10 nm，晶粒分布均匀，无明显缺陷，晶粒尺寸约为150 nm。
图1：LTPS表面晶粒晶向图像
图2：LTPS表面晶粒晶向图像
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富睿思国产原子力显微镜在二维材料领域的应用2026-08-13
序章：在人类肉眼无法触及的纳米尺度，科技与艺术碰撞出绝美的冰与火之歌，呈现出令人惊叹的几何秩序与艺术美感。
7月15日，在武汉举办的中国材料大会2026上，富睿思仪器应用及售后服务部经理刘曜纶博士发表了题为《富睿思国产原子力显微镜在二维材料领域的应用》的学术报告。
在报告中，他分享了使用富睿思自主研发的国产原子力显微镜（AFM）探寻二维材料微观世界时，捕捉到的饱含艺术气息的纳米图像。这些AFM扫描图像，不仅是对纳米材料客观而精准地表征，更是技术专家眼里的诗意世界。
▲刘曜纶博士在“中国材料大会2026”作学术报告
下面就让我们跟随刘曜纶博士专业的视角和细腻的笔触，一同走进这片用AFM探针描绘出的“微观艺术画廊”。
第一篇章：纳米艺术长廊——二维材料的微观世界
01 装在口袋里的星星：二硫化钼（MoS₂）
图1 装在口袋里的星星：二硫化钼（MoS₂）
微观诗意：在黄蓝交织的微观夜空中，尚未成膜的三角形MoS₂分子岛如同璀璨的星辰，点缀在Al₂O₃基底之上；而渐趋完整的薄膜则似夜空中的银河，谱写着材料生长的诗篇。
技术解析与硬核数据：
扫描尺寸：20 μm × 20 μm
AFM模式：轻敲模式（Tapping Mode）
图像解析：图1展示的是MoS₂的形貌图像，衬底是Al₂O₃。图中清晰可见已经形成薄膜的MoS₂和尚未成膜的MoS₂分子岛。MoS₂分子岛呈现典型的三角形形态，厚度约3-5 nm，MoS₂薄膜厚度约13-15 nm。
适配设备：AFM-Piccolo、AFM-Baritone
02 冰原中的火炬：六方氮化硼（h-BN）
图2 冰原中的火炬：六方氮化硼（h-BN）
微观诗意：在如冷峻冰原的浅蓝色硅基底与深蓝色h-BN薄膜的交界处，有一支红黄相间的“炽热火炬”。这是材料在实验中形成的缺陷，但在AFM扫描图像的渲染下，焕发出生机勃勃的艺术张力。
技术解析与硬核数据：
扫描尺寸：8 μm × 8 μm
AFM模式：轻敲模式（Tapping Mode）
图像解析：图2是h-BN的表面形貌图像。浅蓝色区域是Si基底，深蓝色区域是h-BN，其厚度约为20 nm，红黄色部分为实验中形成的h-BN缺陷。
适配设备：AFM-Piccolo、AFM-Baritone
03 迷宫的出口：铁镓碲（Fe3GaTe2）
图3 迷宫的出口：铁镓碲（Fe3GaTe2）
微观诗意：迷宫图腾在纳米尺度下彰显，好奇的人们情不自禁地在每个转角处寻找它的出口。清水出芙蓉，天然去雕饰，磁性二维材料内部磁畴的自然呈现，勾勒出属于磁性材料的独特物理韵律。
技术解析与硬核数据：
扫描尺寸：20 μm × 20 μm
AFM模式：磁力显微镜（MFM）
图像解析：图3是常温磁性二维材料Fe3GaTe2的磁畴分布图像，图中可明显地看到材料内部磁畴的“迷宫式”分布。
适配设备：AFM-Piccolo、AFM-Baritone
04 五彩斑斓的旗帜：六方氮化硼（h-BN）
图4 五彩斑斓的旗帜：六方氮化硼（h-BN）
微观诗意：纳米尺度下的表面电势分布如同一面在风中飘扬的五彩旗帜，将复杂的纳米尺度表面电势分布化为绚丽多彩的光影艺术。
技术解析与硬核数据：
扫描尺寸：10 μm × 10 μm
AFM模式：开尔文探针力显微镜（KPFM）
图像解析：图4是h-BN的表面电势分布图。图像精准捕捉到了h-BN内部表面电势（CPD）的不规则分布。
适配设备：AFM-Piccolo、AFM-Baritone
05 错综复杂的阡陌：钛酸铅（PbTiO₃）
图5 错综复杂的阡陌：钛酸铅（PbTiO₃）
微观诗意：宛如江南水乡错落有致的田园阡陌，红蓝相间的区域交织着既富有规则又充满变化的纹理。这是铁电材料PbTiO₃面内畴的图像，谱写着一曲纳米尺度下的冰与火之歌。
技术解析与硬核数据：
扫描尺寸：3 μm × 3 μm
AFM模式：压电力显微镜（PFM）
图像解析：图5是钙钛矿型铁电体PbTiO₃的面内畴压电相位图像。图中高对比度的面内畴结构清晰可见，直观反映了微区极化方向的变化。
适配设备：AFM-Piccolo、AFM-Baritone
第二篇章：纳米级无损检测设备——富睿思AFM
上述纳米图像均出自富睿思仪器自主研发的原子力显微镜（AFM）系列。凭借亚纳米级无损检测能力，富睿思AFM正在为科学研究与工业量测提供稳定、可靠的国产化解决方案。
旗舰产品1：AFM-Piccolo科研级桌面型原子力显微镜
配备超薄测头，有效厚度< 8 mm
开放空间，易与拉曼、白光轮廓仪等光学系统同轴集成联用
XYZ扫描范围100 μm × 100 μm × 5 μm / 15 μm，Z向噪音RMS ≤ 0.04 nm
旗舰产品2：AFM-Baritone 200 mm机台原子力显微镜
支持8英寸以内晶圆及其他样品的形貌和物性检测
配备全自动样品台，支持自动换针、自动调光
XYZ扫描尺寸100 μm × 100 μm × 15 μm，Z向噪音RMS ≤ 0.05 nm
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关于富睿思仪器
富睿思仪器（FreeSpirit Instruments）创立于2021年，是一家专注于表面精密测量设备研发与生产的高科技创新企业。
立足于自主研发的技术底座，公司已推出多款具有核心知识产权的原子力显微镜（AFM）、白光轮廓仪（WLI）以及原子力显微镜-白光轮廓仪联用系统等，并已成功交付国内头部高校、科研院所以及工业企业。
富睿思仪器致力于为前沿科研、化合物半导体及新型显示等领域，提供稳定、可靠的国产精密量测解决方案。
官方网站：www.frsinst.com
咨询报价/测样：李经理18994392037
公司邮箱：info@frsinst.com
办事处：上海（总部）、天津（研发）、苏州（制造）、北京、成都
