Mönch 4107 attolight CL-STEM阴极荧光分析系统

阴极荧光分析系统-CL-STEM

       瑞士Attolight公司生产的Monch 4107是一个用于STEM，可以实现信噪比和高的光谱分辨率阴极发光检测器。它可以帮助研究人员实现对单个纳米粒子，量子点或原子缺陷测量进行超高分辨率的图像和高光谱图谱的检测。当您使用STEM进行阴极荧光光谱的探测，能够最短的时间内达到所需的信噪比是至关重要的，这样您才可以在短时间内测试更多的样品。Attolight 采用创新技术，在与样品毫米级的间距范围内，实现了大面积区域宽立体角高效率收集光子，而且仅仅只需利用STEM上的一个扩展孔。

       Monch 4107强大而高效。首先，反射镜经过精心设计，获得曲率半径和小型化水平；它可以适应在市场上大多数校正的STEM设备，同时保持足够的刚度和3个自由度，允许完成亚毫米级的调整。其次，Monch 4107 直接收集样品的阴极发光并耦合到光纤内，保证信号到达光谱仪的强度。最后，一个超快EMCCD相机测量信号并实现高的光谱分辨率，高光谱扫描能在几秒钟内完成。数据可以直接通过其他技术(EELS, EDS)的软件采集且并行显示。

Monch 4107并非插件。这是一个从事电子显微镜和光学和光谱学多年的专业知识公司提供的解决方案。Attolight将用于阴极荧光SEM分析系统研发中的设计、制造技术推广到STEM设备。

        Monch 4107包含3自由度快速校准荧光收集反射镜，光纤耦合高分辨率光谱仪，用于快速高光谱采集的scientific级高速相机，以及具有扫描模块STEM杆。

Monch 4107有一个坚实的出版记录，其中有关于纳米等离子激元，量子纳米光学，单个量子阱的实时阴极发光探测，非线性学探测等报道。

CL-STEM设备特点：

→  从激发发光到探测，光的传输损失小

→  恒定光谱分辨率，无需损失强度。

→  3轴亚微米级电动反光镜—采集样品任意位置发光

→  精密设计，配置于极靴/样品间 2mm 间隙。

→  配置超快相机及高精度扫描收集镜，可在数毫秒瞬间实现紫外可见近红外高光谱成像

→  与STEM其他技术完全兼容

       (HAADF, BF, diffraction, EELS (插入式探测器),EDS, Tomography (可伸缩探测器) 

→  与Gatan Digital Micrograph软件兼容

CL-STEM应用领域：

→  先进材料性质研究，如：

         氮化物半导体 (GaN, InGaN, AlGaN, …);

         III-V族半导体(GaP,InP,GaAs,…);

         II-VI族半导体(CdTe,ZnO,…) 

→  宽禁带材料(diamond, AlN, BN)  

→  检测复合材料的成分的不均一性 (例如：InGaN材料中In富集) 

→  材料微纳结构或异质结构形貌相关联的光学特性

→  缺陷表征(空位，线位错，堆垛层错, …)  

→  表面等离子体激元学

CL-STEM设备参数：

测试模式：阴极荧光高光谱mapping.

光学部分

→  反光镜

→  光纤耦合器 

→  光谱收集范围 200-1700 nm

→  信号经过光纤解耦合器实现无需校准

→  各光学部件数值孔径相互匹配，光强损失减到最小

→  收集的阴极荧光信号可以耦合到用户自己的光学设备里 (例如干涉仪、光源注入器等)

→  用户可根据需求快速更换传导光纤

探测器部分：

→  采用3光栅塔台双出口的色散分光计(光栅在下订单时由客户选择)

→  可选取高速EMCCD 相机用于探测UV-Vis波段；或者高速 CCD 相机用于探测UV-NIR波段InGaAs线阵列探测器用于NIR (可选项)

微定位系统：

→  3自由度收集镜实现样品任意位置的信号收集行程: ±150 (Z), 3 mm (X), 100 mm (Y)

→  最小步长：500 nm

→  可重复性(整个行程内): 500 nm

→  触碰提示避免损伤极靴

系统控制：

→  4通道扫描卡：1个用于额外的单通道探测器，2个用于控制STEMXY轴扫描， 1个用于控制STEM电子束

→  检测速度：900Hz (128*128 mapping 仅需18s)

→  控制软件兼容Win7

→  可以使用Gatan Digital Micrograph软件进行数据采集和图形化

安装要求：

→  极靴和样品台之间有2mm以上的空间(上下两个极靴之间大于4mm） 

→  样品与载物架之间间隙小于300 μm

应用案例

■  STEM-CL在等离激元研究中的应用

        三维等离激元金锥是纳米光学中广泛应用的重要微纳结构，可以应用于实现纳米尺度成像、增强光谱、受限光源和超快光电子发射等领域。为了进一步了解它们的光学特性，特别是在金锥的尖附近，马克斯普朗克固体研究所和巴黎第十一大学的研究人员，采用了超高高空间和能量分辨率的阴极发光光谱对等离激元金锥的远场辐射特性进行了系统研究。在本研究中，利用超高分辨阴极荧光光谱，研究人员测得CL强度随发射波长和沿轴距顶点距离的变化关系、以及金锥远场辐射特性与锥角的依赖关系，结合数值计算，揭示了金锥的表面等离激元模式对其远场辐射特性的影响。

( a )金锥表面等离激元辐射衰减的示意图。 ( b )上图：收集CL光谱的草图。下图：金锥的高角度环形暗场图像。( c )选定波长下CL测试所得的金锥二维光子成像结果。( b )和( c )中标尺为100 nm。( d )图(b)所示位置相应的代表性CL光谱。

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

测试数据

■  STEM-CL在等离激元研究中的应用

图1：实验以及模拟所得锥角为13°的金锥的阴极荧光光谱

图2：实验以及模拟所得锥角为13°的金锥的阴极荧光光谱

图3(左)选定波长下CL测试所得的金锥二维光子成像结果。( b )和( c )中标尺为100 nm。(右) 金锥不同位置相应的代表性CL光谱。

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

发表文章

(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)

用户单位

查尔莫斯理工

巴黎第十一大学