attolight CL-STEM陰熒光分析系統

陰熒光分析系統-CL-STEM

       瑞士Attolight公司生產的Monch 4107是個用于STEM，可以實現信噪比和高的光譜分辨率陰發光檢測器。它可以幫助研究人員實現對單個納米粒子，量子點或原子缺陷測量進行超高分辨率的圖像和高光譜圖譜的檢測。當您使用STEM進行陰熒光光譜的探測，能夠短的時間內達到所需的信噪比是至關重要的，這樣您才可以在短時間內測試更多的樣品。Attolight 采用創新技術，在與樣品毫米的間距范圍內，實現了大面積區域寬立體角高效率收集光子，而且僅僅只需用STEM上的個擴展孔。

       Monch 4107強大而高效。，反射鏡經過精心設計，獲得曲率半徑和小型化水平；它可以適應在市場上大多數校正的STEM設備，同時保持足夠的剛度和3個自由度，允許完成亞毫米的調整。其次，Monch 4107 直接收集樣品的陰發光并耦合到光纖內，保證信號到達光譜儀的強度。后，個超快EMCCD相機測量信號并實現高的光譜分辨率，高光譜掃描能在幾秒鐘內完成。數據可以直接通過其他技術(EELS, EDS)的軟件采集且并行顯示。

Monch 4107并非插件。這是個從事電子顯微鏡和光學和光譜學多年的業知識公司提供的解決方案。Attolight將用于陰熒光SEM分析系統研發中的設計、制造技術推廣到STEM設備。

        Monch 4107包含3自由度快速校準熒光收集反射鏡，光纖耦合高分辨率光譜儀，用于快速高光譜采集的scientific高速相機，以及具有掃描模塊STEM桿。

Monch 4107有個堅實的出版記錄，其中有關于納米等離子激元，量子納米光學，單個量子阱的實時陰發光探測，非線性學探測等報道。

CL-STEM設備點：

→  從激發發光到探測，光的傳輸損失小

→  恒定光譜分辨率，無需損失強度。

→  3軸亞微米電動反光鏡—采集樣品任意位置發光

→  精密設計，配置于靴/樣品間 2mm 間隙。

→  配置超快相機及高精度掃描收集鏡，可在數毫秒瞬間實現紫外可見近紅外高光譜成像

→  與STEM其他技術*兼容

       (HAADF, BF, diffraction, EELS (插入式探測器),EDS, Tomography (可伸縮探測器) 

→  與Gatan Digital Micrograph軟件兼容

CL-STEM應用域：

→  進材料性質研究，如：

         氮化物半導體 (GaN, InGaN, AlGaN, …);

         III-V族半導體(GaP,InP,GaAs,…);

         II-VI族半導體(CdTe,ZnO,…) 

→  寬禁帶材料(diamond, AlN, BN)  

→  檢測復合材料的成分的不均性 (例如：InGaN材料中In富集) 

→  材料微納結構或異質結構形貌相關聯的光學性

→  缺陷表征(空位，線位錯，堆垛層錯, …)  

→  表面等離子體激元學

CL-STEM設備參數：

測試模式：陰熒光高光譜mapping.

光學部分

→  反光鏡

→  光纖耦合器 

→  光譜收集范圍 200-1700 nm

→  信號經過光纖解耦合器實現無需校準

→  各光學部件數值孔徑相互匹配，光強損失減到小

→  收集的陰熒光信號可以耦合到用戶自己的光學設備里 (例如干涉儀、光源注入器等)

→  用戶可根據需求快速更換傳導光纖

探測器部分：

→  采用3光柵塔臺雙出口的色散分光計(光柵在下訂單時由客戶選擇)

→  可選取高速EMCCD 相機用于探測UV-Vis波段；或者高速 CCD 相機用于探測UV-NIR波段InGaAs線陣列探測器用于NIR (可選項)

微定位系統：

→  3自由度收集鏡實現樣品任意位置的信號收集行程: ±150 (Z), 3 mm (X), 100 mm (Y)

→  小步長：500 nm

→  可重復性(整個行程內): 500 nm

→  觸碰提示避免損傷靴

系統控制：

→  4通道掃描卡：1個用于額外的單通道探測器，2個用于控制STEMXY軸掃描， 1個用于控制STEM電子束

→  檢測速度：900Hz (128*128 mapping 僅需18s)

→  控制軟件兼容Win7

→  可以使用Gatan Digital Micrograph軟件進行數據采集和圖形化

安裝要求：

→  靴和樣品臺之間有2mm以上的空間(上下兩個靴之間大于4mm） 

→  樣品與載物架之間間隙小于300 μm

應用案例

■  STEM-CL在等離激元研究中的應用

        三維等離激元金錐是納米光學中廣泛應用的重要微納結構，可以應用于實現納米尺度成像、增強光譜、受限光源和超快光電子發射等域。為了進步了解它們的光學性，別是在金錐的尖附近，馬克斯普朗克固體研究所和巴黎第十大學的研究人員，采用了超高高空間和能量分辨率的陰發光光譜對等離激元金錐的遠場輻射性進行了系統研究。在本研究中，用超高分辨陰熒光光譜，研究人員測得CL強度隨發射波長和沿軸距頂點距離的變化關系、以及金錐遠場輻射性與錐角的依賴關系，結合數值計算，揭示了金錐的表面等離激元模式對其遠場輻射性的影響。

( a )金錐表面等離激元輻射衰減的示意圖。 ( b )上圖：收集CL光譜的草圖。下圖：金錐的高角度環形暗場圖像。( c )選定波長下CL測試所得的金錐二維光子成像結果。( b )和( c )中標尺為100 nm。( d )圖(b)所示位置相應的代表性CL光譜。

引用文獻：Surong Guo, et al. Far-Field Radiation of Three-Dimensional Plasmonic Gold Tapers near Apexes. ACS Photonics, 2019, 6, 2509?2516.

測試數據

■  STEM-CL在等離激元研究中的應用

圖1：實驗以及模擬所得錐角為13°的金錐的陰熒光光譜

圖2：實驗以及模擬所得錐角為13°的金錐的陰熒光光譜

圖3(左)選定波長下CL測試所得的金錐二維光子成像結果。( b )和( c )中標尺為100 nm。(右) 金錐不同位置相應的代表性CL光譜。

引用文獻：Surong Guo, et al. Far-Field Radiation of Three-Dimensional Plasmonic Gold Tapers near Apexes. ACS Photonics, 2019, 6, 2509?2516.

發表文章

(1) lMeuret, S., et al. Photon Bunching in Cathodoluminescence. Physical Review Letters 114, 197401 (2015)

(2) lPantzas, K., et al. Role of compositional luctuations and their suppression on the strain and luminescence of InGaNalloys. Journal of Applied Physics 117, 055705 (2015)

(3) lLosquin, A. et al. Unveiling Nanometer Scale Extinction and Scattering Phenomena through Combined Electron Energy Loss Spectroscopy and Cathodoluminescence Measurements. Nano Letters 15, 1229 - 1237 (2015).

(4) lTizei, L.H.G., et al. A polarity-driven nanometric luminescence asymmetry in AlN/GaN heterostructures. Applied Physics Letters 105, 143106 (2014)

(5) lBourrellier, R., et al. Nanometric Resolved Luminescence in h-BN Flakes: Excitons and Stacking Order. ACS Photonics 1, 857 (2014)

(6) lKociak, M., et al. Seeing and measuring in colours: Electron microscopy and spectroscopies applied to nano-optics. Comptes Rendus Physique 15, 158-175 (2014)

(7) lKociak, M. & St¨|phan, O. Mapping plasmons at the nanometer scale in an electron microscope. Chemical Society Reviews 43, 3865-3883 (2014)

(8) lTizei, L.H.G., et al. Spatial modulation of above-the-gap cathodoluminescence in InP nanowires.Journal of Physics: Condensed Matter 25, 505303，(2013)

(9) lMahfoud, Z., et al. Cathodoluminescence in a Scanning Transmission Electron Microscope: A Nanometer-Scale Counterpart of Photoluminescence for the Study of II-VI Quantum Dots. The Journal of Physical Chemistry Letters 4, 4090-4094 (2013)

(10) lPierret, A., et al. Structural and optical properties of AlxGa1-xN nanowires. Physica Status Solidi RRL 7, 868 (2013)

(11) lTizei, L.H.G. and Kociak, M. Spatially Resolved Quantum Nano-Optics of Single Photons Using an Electron Microscope. Physical Review Letters 110, (2013)

(12) lZagonel, L.F., et al. Visualizing highly localized luminescence in GaN/AlN heterostructures in nanowires. Nanotechnology 23, 455205 (2012)

(13) lTizei, L.H.G. and Kociak, M. Spectrally and spatially resolved cathodoluminescence of nanodiamonds: local variations of the NV0 emission properties. Nanotechnology 23, 175702 (2012)

(14) lTourbot, G., et al. Growth mechanism and  properties of InGaN insertions in GaN nanowires. Nanotechnology 23, 135703 (2012)

(15) lJacopin, G., et al. Single-Wire Light-Emitting Diodes Based on GaN Wires Containing Both Polar and Nonpolar InGaN/GaN Quantum Wells. Applied Physics Express 5, 014101 (2011)

(16) lZagonel, L.F., et al. Nanometer Scale Spectral Imaging of Quantum Emitters in Nanowires and Its Correlation to Their Atomically Resolved Structure.Nano Letters 11, 568–573 (2011)

用戶單位

查爾莫斯理工

巴黎第十大學