电镜黄金时代已至:所涉领域自带热点——牛津仪器纳米分析技术论坛侧记
2018年6月26日

       仪器信息网讯 2018年6月12日,“牛津仪器纳米分析技术论坛” 在内蒙古呼伦贝尔顺利举行,来自全国各地的电子显微学科研工作者、专家齐聚这里,共同探讨纳米分析领域的新产品、新技术、新方法,共同“发现微观之美”。WeChat-Image_20180622120706.jpg

论坛现场

  电镜领域黄金时代已然来临

  据悉,本次一年一度的技术论坛是牛津仪器持续举办的第11个年头,十余年的时间也见证了电镜领域的逐步繁荣。回顾显微镜分辨率的发展历史,首先光学显微镜逐渐提高至饱和;然后透镜的出现,将分辨率大大提升,发展到上世纪八十年代至本世纪初,也逐渐走向饱和,分辨率稳定在2个埃,也正好是晶格的量级;再发展到现在达到了亚埃级的0.5埃时,也即达到了原子量级。

  参加本次论坛的武汉大学王建波教授回顾道,“上世纪90年代,分辨率已经饱和在那里,显微学领域,几乎所有该做的科研内容,前辈们经过20-30年的时间内基本都做过了,涉及到的任何领域你都发现很难得到更新的成果,没有更新的手段或技术去做更新的研究,那个时候做电镜很难,许多电镜人开始转向做材料制备等其他领域。但现在大不相同了,现在是反过来,电镜领域无论是人才还是设备,一下子呈现出数量级的增长,且不管国内还是国际上。可以看到,我们读书时全国的透射电镜只有3台,真正常用的也就只有金属所等几个最主流的电子显微学研究单位。而现在,仅仅球差校正透射电镜全国已经配置了近100台。且电镜领域各种人才需求也是大大增加,而反应一个领域是否蓬勃发展,一个最简单的指标就是看从业人员需求量有多大。这也正如二战时期对物理学人才的大量需求推动了全球物理学领域的迅速蓬勃发展。”

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牛津仪器纳米分析部亚太区副总裁Jonathan BRYON(左)和牛津仪器中国区总经理张鹏(右)致辞

  在电镜领域黄金时代背景之下,基于对不断增加市场需求的及时满足和服务,牛津仪器在中国取得飞速发展。据牛津仪器纳米分析部亚太区副总裁Jonathan BRYON和牛津仪器中国区总经理张鹏的致辞介绍,牛津仪器自1959年创建以来,经过近六十年高速发展,牛津仪器客户已遍及全球一百多个国家和地区。其产品也于40余年前便进入中国市场,并在中国市场取得了飞速发展,中国业务已经达到牛津仪器全球业务的17%。

  公司的发展与用户的支持是分不开的,如牛津仪器纳米分析部应用经理孟丽君介绍,本次论坛主题“发现微观世界之美·你最美!”也意在致敬那些孜孜以求、永不放弃,坚守在第一线的科研工作者们,发现微观之美之人,最美!在这种注重用户需求及服务的传统之下,11年的坚持,也获得参会者的广泛肯定,来自中国科学院上海硅酸盐所的曾毅研究员表示,自己参加牛津仪器的这个系列论坛已经不下九次,感觉会议不再仅仅是用户会议,而逐渐成为技术交流的平台,最直接的感受就是技术交流及对客户的服务越来越专业。

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精彩报告瞬间

  牛津仪器纳米分析部中国区负责人李霄飞也表示,正如曾毅老师所言,论坛的最主要目的就是为大家提供一个交流及合作平台。另外,从邀请报告选题方面,牛津仪器也结合当下快速发展的电镜技术及应用进行了精心挑选,新技术方面包含了CMOS EBSD、高空间分辨率能谱分析、原子力显微镜等最新技术进展报告,新应用则包含了SEM 在新材料中的应用、高通量SEM的应用-从半导体到脑科学、冲击变质矿物相微区能谱分析、EBSD在原位高温拉伸研究中的应用等。

  电镜新时代,一切旧事物都是新事物

  如前所述,电镜领域已进入一个新的时代,你会发现,以往的工程材料已开始做微区分析、无损检测领域已有纳米级别失效分析、半导体行业已由光镜检测转变为电镜检测...在市场需求爆发的背景下,电镜所涉及的应用领域便呈现自带热点属性。对于这一现象,王建波认为,“对于材料科学许多基础研究,电镜分辨率目前达到0.5埃量级,已经可以确定许多原子量级的事情,所以很高兴我们处在一个电镜技术上升期的年代,这个年代里,大多材料科学技术型研发的领域,电镜技术都可以有很好的应用。所以,要说电镜热点的话,遍布都是!包括现在的球差校正电镜、原位电子显微学,及应用可以从生命科学拓展到材料科学等领域的冷冻电镜等。另外,借用谷歌Alphabet公司董事长, John L. Hennessy在谷歌大会上讲到的一句话——‘新的时代,所有旧的事物都是新的事物’。在电镜技术飞速发展的新时代,科研工作者可以回头捡拾一下曾经做过的领域,或将有新的见解,这些结合起来,相信大家在这样的时代必将是大有作为的。”

  李霄飞补充道,“确实如此,应用方面比如半导体领域也是当下的一个热点市场。包括国家近来的政策倾斜、与美国的贸易摩擦,都会加剧半导体的重要性。我们也感觉到半导体相关的项目明显增多。且我们去向用户介绍一些牛津仪器比较高端的能谱产品,用户的兴趣点也更加专业。以往大家只把能谱当作半导体工艺的一个辅助功能,随便打一个点。现在随着半导体线宽越来越窄,扫描分辨率要求越来越高,对能谱的要求及需求也越来越高。面对半导体市场的需求变化,牛津仪器在半导体领域的研发投入会越来越高。同时,纳米分析部也将与牛津仪器另一个与半导体领域更加紧密相关的等离子体部门,增强跨部门合作,共同进行一些市场的开发。另外,也会与更加专业的半导体第三方检测机构合作。总之,半导体将是我们接下来一个重点关注领域。”

  电子显微学技术快速发展离不开新技术的不断革新,对于新技术发展趋势,曾毅老师表示,“对于本次论坛多次提到的能谱、EBSD。能谱方面,基于能谱两个主要功能——定量和定性,其发展趋势主要就是两个:第一,更准,即定量的结果的准确度、可靠性更高。主要通过模型的修正、软件的优化实现。能谱厂商发展趋势都是希望能够把更小的颗粒表征出来,本次会上牛津仪器纳米分析部应用科学家马岚报告中牛津仪器能谱分辨达到的10nm甚至几个nm,这对以往是难以想象的。杨小鹏博士的报告中,通过引进CMOS技术,降低噪音,实现更准确的相分析。第二,更快,以往因CCD技术的局限性,我们做一个EBSD分析,快的可能一两个小时,而陶瓷样品一般需要七八个小时,甚至十个小时。而现在因为有了CMOS技术的帮助,即使采集很大的范围,仅45min就可以完成(编者按:采集面积超过450万像素点)。说明牛津仪器在更快上做了很多研究工作。EBSD方面,我想也主要是这两方面的发展趋势,而实际上,所有厂商都在朝着这两个方向努力。”

  另外,借助计算机超强计算能力,可以处理很多原来人工处理不了的事情,事实上,我们以往的处理方式是很浪费资源的,比如我们照一个电镜照片,信息是按像素点来分的,以往看一个样品照片,需要积累到一定的剂量,直到人眼能分辨的程度。而AI时代,以后可能不需要那么多剂量了,不需要人眼看到,只需要计算机识别就可以了。最终,一个快速的相机加一个快速的计算机,原有不能校准的漂移就能校准了,大量浪费的信息都能够收集起来,这也将是很大的革新性的领域。

  电镜红利时代,国产电镜如何分一杯羹?

  本次论坛报告人中,除了电镜专家用户、应用工程师,还有一位新生国产电镜厂商的代表——聚束科技(北京)有限公司(以下简称“聚束科技”)总经理何伟。关于此次参会契机,双方表示既是合作,也是学习交流。聚束科技的电镜产品比较特殊,高通量,信号强度比较高,电镜样品移动时可实现高分辨实时图像。所以他们希望搭载的能谱达到实时mapping的效果,这对能谱的要求是非常高的,而牛津仪器本身也有一个实时的mapping技术。同时,聚束科技电镜一些特殊应用领域,如脑切片、半导体等,也对能谱技术提出特殊的要求,基于此,双方有很大合作空间。李霄飞也表示:“初步接触,感觉聚束科技还是一个比较专业的团队,作为一个国产技术,牛津仪器很愿意推广出来,介绍给其他客户,通过交流增加彼此合作,搭建合作平台也是本次论坛的一个功能之一。”

  在电镜红利时代,国产电镜如何更好发展?各位老师发表了各自的看法。曾毅认为,在传统电镜领域,主流厂商已占据大部分份额,短时间实现赶超难度很大。国产电镜厂商可以选择一些大家较小涉猎的领域,避免同质化竞争。另外,国产电镜也可以寻求国家重大项目支持,在仪器系统、科学性获得国家认可的基础上不断寻求发展机会。 王建波也表示,我国扫描电镜已有一定基础,除了避免同质化竞争,可以做一些功能性的、有特色的产品(如超声波扫描、桌面型等),使产品更加丰富多元化。透射电镜方面,可以采用资本并购的方式,先收购再转化,避免低水平劳动重复。另外,两位老师也补充了一些电镜周边有发展潜力的产品或附件。如矫正器,它不仅可以对场发射升级,也可以使扫描电镜分辨率大大提升;样品台,如一些小的厂商已经开始做原位样品台,这也将是一个很大市场及未来突破方向。

  何伟对两位老师的观点表示赞同,并补充道,“我们一直在做场发射,从以前在HMI(汉民微测,2016年以33亿欧元被ASML收购)给美国供货,到现在出来自己创立的聚束科技。我们也一直在做有差异化的产品,产品方向比如在生命科学上,脑科学,细胞成像方面,我们技术是最适合的,这样在此领域就有很强竞争力。技术角度,扫描电镜方面我们有很好的技术基础,包括场发射枪都是独立开发的,基于十几年在中国的制造、设计基础,及对核心专利技术,在开拓市场方向上就具备了排他性。

  透射电镜方面,两位老师说的很对,中国尚处于起点阶段,更糟的是,即使有了项目,从企业来说还是零。国内许多项目需求目标,是瞄准现有设备,或完成一个‘有与无’的问题,这已经不是科研项目,是别人已经商业化的产品,对我们来讲这不是科研而是工程。另外,除了透射电镜,FIB(聚焦离子束)也是国内空缺的一块,从市场增长来讲,已经开始有一个明显需求增长,因为透射电镜需要FIB,扫描电镜也需要做一些三维结构,FIB已逐渐成为电镜领域很重要一个分支。这种情况下,中国可以聚焦FIB,因为全球来讲,FIB并不是很成熟,大家都是在发展阶段。”

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牛津仪器将继续以支持中国科学研究发展为己任,为中国广大科研人员提供高性能、高可靠性的产品;同时我们遍布全国的服务团队也可以为用户提供系列服务套餐,包括配件和耗材、延保合同、产品培训、服务维修和技术支持等。

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