芯明天压电马达偏摆台在TEM样本制备中的高精度角度控制应用

透射电子显微镜（TEM）是先进半导体、金属材料微观分析与器件失效检测等领域解析物质微观形貌、晶体结构与界面特征的核心设备。它依靠高能电子束穿透超薄样品，依托电子的波粒二象性突破光学衍射极限，可实现纳米乃至原子尺度的观测与分析，成为前沿材料研发与工业精密检测不可或缺的技术手段。

受电子束穿透能力限制，TEM观测对试样厚度、完整性、表面状态均有严格规范，这也让样品制备成为TEM表征过程中非常关键的环节。FIB-SEM双束系统是目前主流的TEM样本制备方案，芯明天N70压电马达凭借压电驱动的技术特性，对制样流程中样品姿态与倾斜角度可进行精准、稳定地控制，保障了刻蚀均匀性、样品规整度与最终成像质量，完美适配FIB-SEM体系下TEM样品制备的全流程工艺。

一、TEM样品制备

透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM）是材料科学、半导体、生命科学等领域不可或缺的分析工具。它利用高能电子束穿透超薄样品，实现原子级分辨率的成像与分析，可以观察晶格结构、界面缺陷、纳米析出相、位错等微观特征。

由于电子束在穿透样品时会发生散射，TEM成像对样品厚度要求很严苛。通常，用于TEM观测的样品厚度必须控制在5nm～500 nm之间，高分辨成像甚至要求厚度在100 nm以下。以半导体存储器器件为例，其TEM样品厚度一般需要做到10nm～100 nm，并且需要将目标区域（可能仅几微米）从块体材料中精确提取出来。TEM分析的成效，不仅取决于电镜本身的性能，更依赖于能否制备出薄、准、无损伤的优质样品。薄，即厚度控制在几十纳米的标准以内；准，即能够精确定位到要截取的目标区域；无损伤，即制样过程不对结构造成破坏。

目前最主流的TEM样本制备技术是FIB-SEM双束系统（聚焦离子束+扫描电镜），其工作原理是利用电磁透镜将离子源产生的离子束聚焦后，以物理溅射的方式对样品进行精确的加工。SEM负责实时成像监控，提供高分辨率的导航画面；FIB则如同纳米手术刀，能够在指定区域进行切割和减薄，将其加工成TEM电子束可穿透的薄片。这种成像与加工同步进行的能力，非常适用于制备指定区域的TEM样品，例如：复杂结构样品、界面样品以及半导体器件的失效分析。

二、压电偏摆台：TEM样本制备中的角度操控核心

首先，在样品初始导航与定位阶段，FIB需要在复杂的样品表面迅速、精准地锁定目标微观区域，如芯片中的单个晶体管或特定缺陷。这一过程依赖样品台在X、Y、Z三个方向上的平移，以将目标区域移至电子束和离子束的同轴交点之下。

（注：图片来源于网络）

原位提取薄片是FIB制样的核心技术环节，操作需要在目标区域两侧用高能离子束挖出深槽，形成悬空的薄片，再将其剥离提取并进行最终减薄。在这个过程中，偏摆台的精确运动尤为关键：

1.当在目标区域挖槽时，需要利用偏摆台的偏摆运动对样品进行特定角度的倾斜，从而在样本目标区域的两侧精准刻出深度一致、侧壁陡直的凹槽，以便后续将薄片完整取下；

2.在将目标样本分离时，通过偏摆台进行角度调整，从而使离子束能对样本薄层进行切割分离；

3.在最终减薄阶段，压电偏摆台带动样品精确地倾斜至特定角度，使离子束均匀削薄，确保减薄的均匀性和最终薄区的平整度。

（注：图片来源于网络）

可以说，在TEM样品制备中，定位精度和角度控制能力直接决定了薄片质量。而压电偏摆台的高精度角度定位确保了取样过程的精准性，避免了因角度偏差导致的取样失败。

三、芯明天N70压电马达偏摆台

芯明天N70压电马达一维偏摆台，以0.001°高重复定位精度、±5°大行程、高稳定、易集成的核心优势，为半导体先进制程、纳米材料研发、精密失效分析等领域，提供高精度、高可靠的微纳定位解决方案。

1.精度高

N70压电偏摆台分辨率可达1 μrad，在TEM取出操作中，角度偏差小可避免样品碎裂，提升制样成功率。

闭环重复定位精度高，在TEM样品制备的反复定位、多次倾斜过程中，确保了操作定位的一致性。

2.高稳定性

压电陶瓷驱动，无机械摩擦，连续工作零漂移，满足TEM薄片长时间减薄成像采集需求。

3.真空兼容性

可选真空版本，兼容TEM、FIB-SEM样品舱的高真空环境。

4.易于集成

采用轻量化设计，结构小巧紧凑，标准化接口，可快速集成到各类FIB-SEM系统的样品台中。

技术参数

型号	N70.U10E/K
运动方向	θx
集成传感器类型	光栅传感器/-
速度上限	3°/s
行程范围	±5°
水平中心负载能力	0.5kg
竖直中心负载能力	0.15kg
分辨率	1μrad/10μrad
重复定位精度	0.001°/-
工作温度	10~40℃
储存温度	-10~40℃
材质	钢、铝
重量	135g/120g

推荐控制器

E53.D1E-J小体积压电马达控制器专为驱动压电马达而设计，适用于驱动N70系列压电马达偏摆台，它是单通道闭环压电控制器，采用数字控制，24VDC供电，静态功耗小于5W，通信接口为TYPE-C、RS-422、RS-232。操作便捷，尺寸仅105×103×30.1mm^3，外观体积小巧，结构紧凑，易于集成。

审核编辑 黄宇