半導體單壁碳納米管憑借其載流子遷移率和電流傳輸能力，已成為構建下一代納米電子器件、生物傳感及柔性電子設備的核心候選材料。在實際應用中，掃描電子顯微鏡不僅是觀察其形貌的關鍵工具，其中的電子束誘導電流技術更是表征半導體器件內部結構、評估局部缺陷及金屬接觸特性的重要手段。該技術能夠精準定位界面性質，為優(yōu)化場效應晶體管的性能提供關鍵的物理參數支撐。

但在針對一維碳納米管器件進行表征時，現有的成像機制研究尚不充分，面臨嚴峻挑戰(zhàn)。傳統的誘導電流理論主要基于三維體半導體模型，認為信號主要由耗盡區(qū)的內建電場分離電子空穴對產生，但這難以解釋納米尺度下復雜的信號生成過程。特別是電子束落地能量及襯底電荷積累對成像對比度的具體影響規(guī)律仍不明確，導致在定量分析金屬與納米材料接觸電阻等核心瓶頸問題時缺乏可靠的理論框架，這限制了碳基電子器件工藝的進一步精準迭代與工程化應用。

針對上述問題，由湘潭大學、浙江大學、北京大學等機構組成的聯合研究團隊利用澤攸科技的SEM納米探針臺進行了系統研究，團隊通過同步分析不同落地能量下的二次電子與誘導電流信號，揭示了一維碳納米管器件的成像逆轉機制受二次電子發(fā)射而非傳統內建電勢支配的核心物理起源。

納米尺度界面電學特性的表征對于高性能碳基電子器件的開發(fā)至關重要，然而電子束誘導電流在單壁碳納米管中的成像機理長期以來并未得到充分解釋。本研究通過在掃描電子顯微鏡下同步分析二次電子信號與誘導電流信號，對比了1千電子伏特與10千電子伏特兩種落地能量下的成像表現。實驗結果有力證明了碳納米管器件中的誘導電流強度與二次電子發(fā)射效率存在強相關性，這一發(fā)現挑戰(zhàn)了傳統認為誘導電流僅由內建電勢支配的觀點，為低維半導體材料的電學表征提供了全新的物理視角。

圖1 掃描電鏡中雙模式二次電子/電子束誘導電流成像裝置示意圖

圖2 1 keV 與 10 keV 落地能量下 Pd?碳納米管接觸區(qū)域的二次電子與電子束誘導電流對比成像

研究團隊觀察到碳納米管在不同落地能量下呈現出截然不同的成像對比度，并詳細剖析了其背后的物理起源。在1千電子伏特的低能量下，由于二氧化硅襯底表面積累正電荷，碳納米管及其周邊表現出亮對比度，電流方向由電極流向碳納米管。當落地能量提升至10千電子伏特時，襯底轉為負電荷積累，導致二次電子發(fā)射增強，此時碳納米管區(qū)域呈現暗對比度，電流方向發(fā)生反轉。這種對比度隨能量變化的特性證實了襯底充電極性是決定一維器件誘導電流方向的主導因素。

圖3 傳統電子束誘導電流機制預測、實驗觀測與本文提出的二次電子驅動 EBIC 機制對比

圖4 電子束作用體積與耗盡區(qū)相對關系的示意圖對比

在構建這套精密的原位表征實驗平臺過程中，澤攸科技提供的三維納米操縱手發(fā)揮了關鍵的技術支撐作用。該設備安裝于顯微鏡樣品臺內，通過高精度的納米級位移控制，使探針能夠準確觸達并連接碳納米管器件的源極。在實驗中，澤攸科技納米探針將捕獲到的微弱感生電流信號傳輸至外部放大器進行處理，從而實現了誘導電流信號與掃描位置的實時對應和圖像重建。這種穩(wěn)定且精確的物理連接是獲取高質量、高信噪比電學圖像的前提，確保了研究中對比度演化數據的真實性與可靠性。

圖5 在 1 keV 落地能量下，隨著電子束劑量（掃描次數）增加，Pd?碳納米管接觸處的二次電子與電子束誘導電流圖像及信號分布演變

除了能量參數外，研究還探討了累積電子劑量與碳納米管本征電阻對信號分布的調制作用。隨著掃描次數增加，表面累積的碳污染會導致碳納米管電阻升高，進而使誘導電流信號逐漸衰減，甚至導致界面處的對比度提升特征消失。同時誘導電流強度沿碳納米管軸向呈現出單調遞減趨勢，這反映了電荷傳輸過程中受到的電阻梯度約束。這些發(fā)現不僅深化了對誘導電流物理機制的理解，也為利用該技術評估金屬與納米材料接觸質量、篩選高性能場效應晶體管提供了非破壞性的檢測方案。

圖6 解釋碳納米管中 EBIC 信號行為的模型

澤攸科技SEM納米探針臺實現了三維空間上的精確定位，具有小尺寸大行程、高精度及易操作等優(yōu)點，同時兼容高真空是掃描電鏡重要的原位功能附件。根據不同實驗需求，可將電學探針替換為光纖探針、納米鑷子、顯微注射器等各類操縱選件和測量頭。下圖為該研究成果中用到的SEM納米探針臺：

澤攸科技SEM納米探針臺

澤攸科技專注于掃描電子顯微鏡、原位測量系統、臺階儀、納米位移臺、光柵尺、探針臺、電子束光刻機、二維材料轉移臺、超高真空組件及配件、壓電物鏡、等離子體化學氣相沉積系統等精密設備的研究，滿足國家在科學精密儀器領域的諸多空白。澤攸科技以自主知識產權的技術為核心，依托一支專業(yè)的研發(fā)與生產團隊，經過二十多年的技術積累，在半導體加工設備和材料表征測量領域已屬于國內頭部。公司承擔和參與了國家重點研發(fā)計劃、國家重大科研裝備研制項目等多個重量級科研項目，多次實現國內材料表征測量設備的“國產替代"，相關產品具有較好的國際聲譽、產品檢測數據被國際盛名期刊采納。