飞纳电镜 Phenom Pharos扫描电镜如何用FEBID制备高速AFM探针

结论先说：飞纳电镜 Phenom Pharos 台式场发射扫描电镜在这套方法中既用于 FEBID 探针制造，也用于探针形貌验证。扫描电镜通过聚焦电子束诱导碳材料在悬臂尖端沉积，并比较沉积时间、离焦距离、加速电压和束流对探针长度、直径、长径比和尖端形貌的影响。

高速原子力显微镜的横向分辨率高度依赖探针尖端尺寸。Nature Protocols 报道了一套利用聚焦电子束诱导沉积技术制备高速 AFM 探针的方法：研究人员在飞纳电镜 Phenom Pharos 台式场发射扫描电镜中，使碳材料在悬臂尖端定向沉积，并通过参数优化和 SEM 侧视观察控制探针形貌。

图1  FEBID高速AFM探针制备方法学论文

为什么高速AFM探针需要场发射扫描电镜制造

AFM 图像的横向分辨率与探针尖端尺寸密切相关。探针过钝时，纳米级细节难以分辨，图像边缘可能变得模糊，结构信息和重复性也会受到影响。研究团队因此建立了一套可重复、可在实验室实施的 FEBID 探针制备与验证流程。

飞纳电镜 Phenom Pharos扫描电镜如何完成FEBID制备

FEBID 利用聚焦电子束固定照射悬臂尖端，在前驱体气氛中诱导碳材料沉积，使高长径比探针逐步生长。此时，电子束既用于观察，也参与纳米结构制造。

图2  FEBID探针制备装置与探针结构

飞纳电镜扫描电镜的哪些参数会影响探针形貌

研究系统考察了沉积时间、离焦距离、加速电压和束流强度。接近聚焦状态时，探针更细、更长，长径比更高，尖端也更锋利；离焦距离增大后，探针逐渐变粗、变短，并出现尖端钝化。

图3  沉积时间与离焦距离对探针形貌的影响

在不同加速电压和束流条件的比较中，高加速电压配合低束流形成了更理想的针状结构。低束流对应更小的电子束斑点，有利于精细沉积；较高加速电压则有助于保持电子束稳定和沉积集中。

图4  加速电压和束流对FEBID探针形貌的影响

飞纳电镜扫描电镜如何验证FEBID探针

飞纳电镜 Phenom Pharos 用于侧视观察制备后的探针，评估其长度、底部直径、长径比和尖端形貌。随后，研究团队使用 TEM 进一步验证尖端结构，测得尖端半径约为 6 nm。这里需要明确：SEM 负责整体形貌与几何参数检查，约 6 nm 的尖端半径来自 TEM 高分辨验证。

图5  FEBID探针的SEM与TEM尖端验证

制备出的探针在高速AFM中表现如何

在 Annexin V 二维晶体动态成像中，FEBID 探针实现连续 1 小时稳定成像，并以 2 fps 持续采集；进一步优化实验条件后，成像速度提升至 10 fps。

图6  FEBID探针的长时间高速AFM成像验证

在 DNA 成像实验中，研究团队解析出约 3.5 nm 周期的 DNA 双螺旋主沟结构，说明探针尖锐度和机械稳定性能够支持纳米级精细结构观察。

图7  DNA双螺旋主沟结构的高速AFM成像结果

飞纳电镜 Phenom Pharos扫描电镜在这套方法中的作用

飞纳电镜 Phenom Pharos 贯穿探针制造、参数优化和结构验证三个环节：利用聚焦电子束诱导沉积形成探针，比较不同参数下的形貌变化，并通过 SEM 侧视图判断几何结构是否达到设计要求。最终的成像能力仍由实际 HS-AFM 实验验证。

图8  飞纳电镜 Phenom Pharos台式场发射扫描电镜

常见问题

FEBID探针的尖端半径是多少？

研究通过 TEM 验证得到约 6 nm 的尖端半径。

飞纳电镜在该流程中只是用于拍照吗？

不是。电子束用于诱导沉积并制造探针，SEM 成像则用于参数优化和制备结果验证。

飞纳电镜扫描电镜应用问答

飞纳电镜 Phenom Pharos扫描电镜能否直接制造AFM探针？

可以。该方法利用扫描电镜中的聚焦电子束诱导沉积，在悬臂尖端形成高长径比探针。

扫描电镜如何检查FEBID探针？

飞纳电镜扫描电镜通过侧视成像检查长度、底部直径、长径比和尖端形貌；约 6 nm 尖端半径由 TEM 进一步验证。

研究信息

研究论文：https://doi.org/10.1038/s41596-026-01369-3