原子力显微镜（Jupiter XR）

本实验室配备高精度多功能原子力显微镜，搭载超低噪音探测系统、光电磁多场耦合模块及纳米力学测试系统，可实现多材料、多维度微纳表征测试。设备具备超高成像精度，可精准获取样品三维微观形貌、表面粗糙度，完成如腐蚀形貌三维重构与微区腐蚀参数定量分析。

依托SKPFM、SCM、高压PFM、微区导电测试等功能，可精准表征材料表面功函数、电化学活性、载流子分布与输运行为，解析界面电荷转移机制。针对二维材料可精准测试片层厚度、层数、表面状态、模量与粘附力等关键参数。

设备支持光场、磁场、纳米拉伸多外场原位测试，可探究外场作用下材料微观结构、电学、力学性能动态响应，适配金属、半导体、二维材料、薄膜、涂层等各类样品，数据精准、重复性高，可直接支撑科研论文、项目结题及工业性能检测。

预约方式： 

线上预约 https://sbgx.ustb.edu.cn/Equipment/Show?Id=55869b45-ba86-420a-9c1c-fa9cea47b20a

线下可到科技楼103加群进行预约咨询；也可通过电话联系咨询18732592848。

1 概况

1.1 设备信息

生产厂商：美国牛津仪器公司

所属单位：碳中和研究院

放置地点：科技楼103实验室

设备展示：

1.2 设备简介

Jupiter XR是一款适合大尺寸样品的原子力显微镜。通过它，用户可以实现在一台扫描器上进行高速成像和大范围扫描。Jupiter原子力显微镜可用于200 mm晶圆样品的扫描，提供更高的分辨率、更快的测量速度、更简便的用户体验，并且在学术研究和工业研发领域都具有出色的通用性，主要有以下特点：

与同类大样品原子力显微镜相比，具有更高的分辨率；

扫描范围可达100 μm，其速度比大多数原子力显微镜快5-20倍；

从设置到获得结果，每一步都更简便、更快速；

模块式设计更具灵活性，可以满足多种需求。

1.3 性能指标

XY方向最大扫描范围：100 * 100 μm

Z方向最大扫描范围：12 μm

系统XY方向闭环噪音水平：150 pm

系统 Z 方向闭环噪音水平：35 pm

样品台直径：200 mm

样品台移动范围200 *300 mm

导电测试：电流范围：1 pA-20 nA，精度：1 pA

SCM模式：横向分辨率＜20 nm，电容灵敏度＜1 aF，载流子浓度测试范围： 1*1015~1*1020

高压模式：电压范围：0-150 V，兼容所有的 PFM 模式。

纳米拉伸台：最大拉力值80 N，力学分辨率0.2 N，拉伸精度500 μm。

外加磁场模块：水平方向0-8000 Oe，垂直方向 0-1200 Oe，分辨率 10 Oe

2 主要应用：

包含接触模式双频追踪压电力显微镜、静电力显微镜（EFM）、力曲线、力阵列模式（force volume）、力调制模式、扫描开尔文探针显微镜（KPFM）、侧向力模式（LFM）、磁力显微镜（MFM）、压电力显微镜（PFM）、极化翻转谱轻敲模式（AC Mode）等显微镜。

可实现以下测试：

（1） 表面形貌与粗糙度表征：采集三维形貌，定量粗糙度；观测二维材料片层，测定厚度、层数；

（2） SKPFM功函数测试：表征表面功函数，分析微区电化学活性与界面电荷转移；

（3） 腐蚀形貌分析：重建腐蚀三维形貌，测量蚀坑尺寸、深度，解析腐蚀行为；

（4） 微区电学测试：导电、SCM模式表征载流子分布与输运特性；

（5） 微区力学测试：测试二维材料模量、粘附力等力学参数；

（6） 多外场耦合表征：搭配光场、磁场模块，研究外场下材料响应。

3 样品要求：

样品若为块体，高度＜30 mm，不接受液体样品预约。样品不能含有有机油脂类污染物，与样品台接触面必须光滑洁净，样品若为干燥的样品，表面可以导电，样品若是镶嵌样，建议使用冷镶。

4 测试结果展示：

4.1 表面形貌和粗糙度数据图

4.2 KPFM数据图

4.3 形貌的三维重构数据图