Attocube激光干涉多轴测量原理 基于IDS3010
原子探针层析技术 基于ECSx5050/NUM定位系统的超高真空多轴样品定位
原子探针层析技术（APT）是一种基于可控场蒸发原理的纳米级三维分析技术，可用于多种材料的成分分析。实际应用中，被检测样本需呈针状，以在尖端形成高度弯曲的电势场，从而触发材料表面的原子蒸发。历史上，大多数原子探针使用电压脉冲场，但自21世纪初以来，激光脉冲技术在研究领域重新兴起[1]。电压脉冲法会对样本施加高压应力，仅适用于高导电性金属；而激光脉冲法则使APT能够应用于更广泛的材料，如矿物和纳米材料[2]。
由于该技术适用性更广、成本降低、效率提升，以及相关理论与实践的进步，APT的用户群体自本世纪以来显著扩大。最新APT系统可在近原子分辨率下生成三维信息，不仅能分析样品的化学成分，还能解析其形貌及元素的空间分布[2]。图1展示了APT在微纳尺度特征观测中的卓越能力。
目前，CAMECA是原子探针层析设备的独家制造商，其系统采用attocube的ECSx5050/NUM/UHV定位装置，以实现样品相对于对电极的精密定位。本文介绍了APT技术，并阐释attocube的定位方案如何满足APT系统在苛刻环境中的应用需求。
APT系统的应用大致分为三个步骤：
1. 样品制备。
2. 数据生成与采集。
3. 数据分析。
每一步均处于持续研究与改进中。本文重点讨论第二步——数据生成与采集。
在此步骤中，APT技术结合了针状样本尖端的原子场蒸发与飞行时间质谱的离子识别[4]。图2展示了APT系统的示意图。被测样本被施加高电场，并通过高压脉冲或激光脉冲触发场蒸发。
为抑制表面迁移并提升场蒸发过程的控制，样本需冷却至80 K以下的低温，且分析过程在超高真空（UHV）环境下进行[3]。
离子飞行过程中，其空间位置差异被放大，从而实现尖端表面到探测器的放大映射[4]。通过记录每个离子的飞行时间（可推导质荷比）、撞击位置以及蒸发瞬间的电压值，可重构蒸发体积的原子级层析图像。数据通常以点云形式呈现，每个点对应一个元素明确的原子[3]。图3展示了APT数据示例，其中每个原子均以点云形式可视化。
为实现0.1 nm的分辨率，尖端半径小于100 nm的样本需在超高真空环境中沿X、Y、Z三轴精确定位。
图1：典型的APT分析数据。
图2：原子探针显微镜示意图。尖端半径小于100 nm的样本（黑色）被施加高电压，并通过激光或高压脉冲触发场蒸发。正离子在电场中加速，其飞行时间和撞击位置由位置敏感探测器记录[3]。
attocube的解决方案
超高真空环境下的高精度定位需求是attocube定位器的典型应用场景。其紧凑型模块化纳米定位器可组合成多轴运动系统，即使在苛刻环境中也能提供最高精度与稳定性，从而为APT等先进材料分析系统实现可靠的样品或探针定位。在APT应用中，attocube采用集成编码器的ECSx5050实现闭环控制，确保样本在系统内的精确定位。ECSx5050专为超高真空设计，提供30毫米行程范围的高分辨率定位。对于XYZ三轴定位，可将两台ECSx5050堆叠安装，并与L型支架上的第三台组合使用。其高精度通过交叉滚柱轴承实现。图4展示了该配置的示意图。
该系统的大行程范围与精密控制不仅支持单样本对齐，还可用于样本阵列分析。CAMECA开发的微尖端阵列可一次性装载多达25个样本，结合闭环控制与机器视觉，实现无人值守的自动化分析，使用户专注于数据处理。
图3：氧化镍基合金的APT数据集。B为A中橙色区域的放大图。
图4：APT系统配置图，右侧为针状样本，其后方及下方为多轴定位系统。
结论
原子探针层析技术已发展为一种通用分析方法，可应用于不同研究领域的多种材料[4]。CAMECA的解决方案通过单一技术实现原子级三维成像与化学成分分析，对科研与工业应用均具有重要意义。
系统的性能取决于其组件，APT的成功离不开样本的精密、可靠定位。attocube的ECSx5050/NUM/UHV凭借纳米级分辨率，成为APT系统中超高真空环境下三维定位的理想解决方案，并通过自动化序列分析实现极高吞吐量。
IDS3010 multi-axis laser interferometer
皮米激光测距干涉仪
该设备凭借超高测量精度脱颖而出，实现了 10 ppb 的真空波长精度与波长稳定性。其核心采用了 DFB激光器 结合 高精度参考气室 的独特技术方案，不仅保证了测量的准确性，更赋予了设备长达 10年 的使用寿命和极低的维护需求。
在设计上，它采用紧凑且模块化的架构，支持灵活的三轴测量，传感器探头直径更是小至 Ø 1.2 mm，能够轻松应对各种受限空间。此外，该设备具备极强的环境适应性，可在真空、超低温及强磁场等极端条件下稳定工作。
凭借其卓越性能，该产品被广泛应用于半导体测量与控制、精密光学测量、航空航天以及同步辐射大科学装置等前沿科技领域。