大湾区协同院创新成果丨我国首款自主研发的“面向光谱材料表征的静态阴极荧光分析系统”实现产业化
2022-03-02
来源：粤港澳大湾区协同创新研究院 
阴极荧光（Cathodoluminescence，CL）为阴极射线致发光。当物质被电子束激发时，电子束同物质产生相互作用，使得部分电子束能量在相互作用区转化为远场电磁辐射发射出来，形成发光现象。对于半导体材料来讲，其电子结构决定了产生阴极荧光的物理过程，因此，阴极荧光光谱能够通过材料电子结构反映半导体材料本身的物理特性。
阴极荧光系统能将功能性光学信息与电子显微镜优异的空间分辨率相结合，是一种在微纳米尺度下，集材料的形貌观察、成分分析和阴极荧光光谱分析为一体的综合表征设备和方法，可以用来探索物质的结构、光学特性、电子结构、动力学特性等微观尺度下的许多基本性质，在半导体、材料、地质、物理、化学、微电子等领域的科学研究和工业生产中具有无法替代的价值。
我国对阴极荧光系统具有大量需求，而之前国内并无掌握类似技术的单位，此类高端科研仪器完全依赖于进口。同时受到仪器开发水平的制约，无法开展更为前沿的基础研究和应用研发。因此，阴极荧光系统仪器设备的自主研发和创新是促进我国科研和工业制造中相关领域发展的重要且必要一环。
京津冀国家技术创新中心（以下简称“中心”）与南方科技大学俞大鹏院士团队、北京大学、粤港澳大湾区协同创新研究院开展项目合作，研制了静态阴极荧光系统产品并开展工程化，这是我国首款自主研发的静态阴极荧光分析系统产品。
ZnO纳米棒的二次电子图像（左）与阴极荧光图像（右）
该静态阴极荧光分析系统能够与扫描电子显微镜或聚焦离子束系统配合，实现阴极荧光全谱及单谱扫描成像、光谱采集以及阴极荧光光谱面分布探测。光谱分辨率优于1 nm，采用了高性能椭球反射镜，在荧光成像理论采集效率（>90%）、易用性（近1mm大面积均匀探测）、可拓展性（兼容任意型号电镜）等方面达到或优于目前国际同类产品。
目前，产品已完成研发并基本定型，成立了“北京金竟科技有限责任公司”、“金竟（广州）科技有限责任公司”推进产业化落地。金竟为国内首家阴极荧光系统制造商，是一家具有完全自主知识产权的精密科学仪器制造公司，集阴极荧光系统的研发、生产、销售以及分析测试服务为一体。目前已与国内多个高校科研院所、企业用户单位开展合作，多套产品已顺利安装交付，并在半导体检测、地质石油、科学研究等领域得以应用。