Polygon Physics Atom Probe Tomography (APT or 3D Atom Probe) 原子探针层析技术
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原子探针层析技术(APT 或三维原子探针)是唯一一种能够在原子尺度上同时实现三维成像与化学成分测量的材料分析技术(纵向分辨率约 0.1-0.3 纳米,横向分辨率约 0.3-0.5 纳米)。自其早期发展以来,原子探针层析技术已推动材料科学取得多项重大进展。

样品被制备成极为尖锐的针尖形态。冷却后的针尖施加高压直流偏置电压(3–15 千伏)。针尖极小的曲率半径与高压会在其表面诱发极强的静电场(数十伏每纳米),强度接近原子蒸发的临界值。在激光或高压脉冲作用下,一个或多个原子会在场效应作用下从表面蒸发(电离率接近 100%),并以极高的探测效率投射到位置灵敏探测器(PSD)上。离子探测效率可达 80%,是所有三维显微分析技术中分析效率最高的。
上述示意图展示了原子探针层析成像的工作原理,图中呈现了样品与二维位置灵敏探测器。t (脉冲) 为作用于样品针尖、触发离子场蒸发的激光脉冲或电压脉冲,t (事件) 为离子到达探测器的时刻。
该探测器可同时测量:
离子的飞行时间:通过测量激光或电压脉冲与离子到达位置灵敏探测器(PSD)之间的时间间隔,可确定离子的质荷比(质量与电荷之比)。
离子撞击探测器的(X,Y)位置:通过测量离子在位置灵敏探测器(PSD)上的 XY 坐标及到达顺序,可重构原子在针尖上的原始位置。
通过重复这一过程,原子会逐渐从针尖处被剥离,进而能够在原子尺度上重构出材料的三维图像。
CAMECA 原子探针层析成像产品系列包括 6000 系列(含 Invizo 6000 与 LEAP 6000 XR)以及 EIKOS 系列。CAMECA 原子探针是与法国鲁昂大学材料研究团队 GPM 合作研发的。