编者寄语:
2024年年初,我们曾盘点过国产电镜“五胡十六国”之形势,时隔半年,这个仪器设备制造业细分领域的形势已经变化纷呈,有的崛起诞生,有的中道崩殂;和历史上一样,这是一个炼狱般的时代,混乱值爆表,战乱频仍,生灵涂炭;这也是一个梦幻般的时代,精彩度冲天,风云迭起,英雄辈出;让我们一起来追寻他们近半年的路径和身影吧......
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正文:
德锐特成像 bluejayimaging.com
德锐特的白云16M高清CMOS相机,和电子直读型冷冻透射电镜适用高端相机,也在同时推出市场开始应用;
提到电子直读相机,在过去的十年中,透射电镜中的直接电子探测器 Direct-electron Detector,DeD,又称电子直读探测器 Direct-detection Detector,DdD技术异军突起;
直接电子传感器能够以比传统闪烁体耦合探测器更高的信噪比SNR来记录图像,对电镜成像带来了重大的提升,包括单颗粒的冷冻电镜 Cryo-TEM、原位 TEM、超快 TEM、电子背散射衍射 EBSD、四维扫透电镜 4D-STEM、扫描旋进电子衍射 SPED、电子能量损失光谱学 EELS、和能量过滤透射电镜 EFTEM。
透射电镜长期使用的 CCD和 CMOS探测器,都是用闪烁体完成耦合的光电转换式探测器,这些探测器的检测量子效率DQE通常低于胶片,这意味着对于每幅图像的特定电子束剂量,信噪比SNR也较差;闪烁体耦合检测器的这一缺点,也就成为开发DeD的最重要的一个驱动力因素。
与闪烁体耦合探测器相比,直接探测器DeD的传感器经过辐射硬化,可以直接暴露在电子下,避免了闪烁体耦合系统中电子到光子转换中固有的低效率,并使DeD达到等于、或大于胶片的DQE;也是由于电子束直接入射到传感器上,所有由于电子在闪烁体中转换为光子,以及光子通过光纤耦合转移而产生的噪声和信号损失的来源,也都被消除了,实现了在给定的电子剂量下获得更高质量的图像的突出效果;
对于许多原位TEM实验来说,一个关键的挑战是如何区分由于环境或外部刺激而在试样中发生的变化,和由于电子束损伤而产生的变化;这意味着,原位实验通常需要使用尽可能低的电子束剂量,以尽量减少电子束损伤的潜在影响,同时还要达到足够的分辨率来观察试样的有趣变化;
对于其他的原位TEM实验来说,目标更多是实现高时间分辨率,这就要求检测器的帧率很高,通常为每秒百帧或更快;以高帧率操作探测器,必然意味着需要在每帧电子剂量相对较低的情况下操作;在这两种常见场景中,DeD传感器和相机的灵敏度,都比闪烁体耦合检测器强上一大块;
传感器每个像素,与其读出电子部分集成在相同的基片上的技术,叫单一型像素检测器APS,而将传感器像素级其前端电子部分建立在不同的基片上,然后再对应地连接起来的技术,就叫混合型、或杂合型像素检测器HPAD;
关于这类阵列式、像素化的检测器的直接电子传感器技术DeD,最早同时研制和推出直接电子检测器DeD,和4D-STEM电镜高端附件仪器技术的知名硅谷厂家Gatan,自技术面世就非常“吝啬”向业界详细深入的讲解这两项十年前就发布、并相当前瞻的科技,只是不断地公布抢先“掐尖”用户发表的文章来刺激市场,借以收割技术领先带来的暴利;这样的市场策略也反噬了这个厂家的销量和推广范围,这两项已经成型十年的先进技术,用户至今还是对他们的概念和使用依旧半知半解,一谈起4D-STEM来就一头雾水;
近期,Gatan中国区的负责人辞职回归天美仪器负责人的岗位,也创下了很高热度的业内关注,电镜同仁从中也感受到了以Gatan公司为代表的进口竞品在国内垄断地位的日益没落;
在今年刚结束的2024年美国Cleverland 的 M&M火爆场景展会上,JEOL以正对展厅入口的超大展台同时展示其四台高端电镜仪器;让人惊喜地我们在现场看到了日电在今年2024年六一儿童节发布的热发射源的JEM-120i型号透射电镜,果真具有一个“小可爱”的体型;听到现场Demo用户对其图像质量的称赞,直觉告诉我日电的这台120kV仪器有重新定位低端透射电镜市场的实力,对比TESCAN占据以100kV热场发射源型号Tensor整机4D-STEM及旋进电子衍射PED为定位的应用方向,及赛默飞以100kV热场发射型号Tundra冷冻电镜Cryo-TEM来定位应用,定位为通用型科学仪器的JEOL“小可爱”应该会是个能够大卖的爆品;
还有,看来小而强,操作简易,维护方便将会是未来100kV透射电镜这一级别电镜产品的起步市场及低端产品的主打卖点和方向;
为什么说今年美国的M&M是个火爆的展会?因为五家通用科学仪器电镜厂家中的三家:TESCAN,JEOL和HITACHI带来了超过十台的高端电镜,包括双束电镜和透射电镜,而整个展会上可以看到包括各家台式电镜及解决方案厂家所带来的共计超过20台的各类电镜仪器,整体展会就像是科研电镜界的“华强北”大型“超市”,涵盖了包括各级整机供应链,关键模组,配套电镜样品制备工作流,联用成像跨模态技术整合供应商及电镜场地建设改造的方方面面的 Supplier;
除了JEOL的“小可爱”透射电镜,M&M上最吸引眼球的还有隔壁JEOL在2024年7月29号刚刚发布的JSM-IT810型超高分辨场发射扫描电镜,JEOL将著名的发源于德国西门子公司1987年专利,及德国DSM公司于1996年发布的982型后被Zeiss并购的,扫描电镜界称为“booster”的电子光学技术命名为 “NEO engine”,JEOL的第一台 booster电镜是2020年5月1号发布的JSM-IT800型;
随着Zeiss公司于2016年失去其以booster技术为核心电子光学专利保护后,整个全球的扫描电镜界开始集体向着booster方向靠拢和转向,西门子的booster电子光学技术,以其超前的单聚光镜无交叉版的高斯束均一照明设计,其光机结构简易,物料成本低,调试简易的优势,得到了全球主流扫描电镜厂商的集体青睐;
2016年赛默飞并购FEI后,首先快速决定弃用之前的NanoSEM三聚光镜双交叉斑的传统FE-SEM镜筒技术,重新开发了以Apreo型号为承载整机的booster电子光学镜筒,销量证明这一转向获得了巨大的成功;
第二家“上船”booster技术的就是JEOL的以IT800型号为载体的“全新” Neo engine电子光学镜筒;
Zeiss公司继续保持其在持有booster技术时期延续下来的红利,将其以“Gemini”命名的电子光学技术延续更新至Gemini三代超低压成像技术,并将其电镜型号也干脆改为“GeminiSEM”,以进一步强化其品牌效应;
第四家上马booster技术的是国产电镜国仪量子以其“超级隧道Super Tunnel”命名的电子光学镜筒,国仪深度融合了以低成本钨灯丝热发射电子源技术和低像差的booster全镜筒电子束加速及减速技术,创造出了独一无二的使用Inlens探头的钨灯丝扫描电镜,分辨率超过了前30年不变的钨灯丝扫描电镜3nm的“极限”分辨率,达到了20kV下2.5nm的分辨能力,整机载体型号为SEM3300;
全球第五家采用booster技术的电镜厂家是国内电镜屹东光学型号为YF-1801的热场发射扫描电镜,booster技术确保了低加速电压下电子束优异的成像性能,适用于各类材料的高分辨成像。多种探测器系统,能高效收集从样品中激发出的的多种电子信号进行成像,可最大程度揭示样品的微观形貌和结构信息。
在赛默飞和JEOL转向应用booster技术发布他们“新款”电镜的时间段,电镜业界特别是国内业界多的是赞美之声,很少听到对其发出“抄袭”Zeiss公司电子光学技术的批评论调;回想国仪量子于2019年作为中国首家国产电镜厂家,也吸取了此类已经成为公共共享资源的过期电子光学专利技术并将其融会贯通并加以提升改进自成独立自主的电镜研发体系时,却传来了众多质疑的声音;
这让我联想起此次在巴黎举办的奥运会游泳赛场上,潘展乐获得游泳100米自由泳金牌,并大幅度打破世界纪录之后传出来的那些吃了“酸葡萄”的双标声音;潘展乐个人和中国游泳队以无畏的姿态,在极短时间段内承受了荒唐的带有“歧视”性质的超过个人20次和整体600次的兴奋剂尿检,向世界证明了本应自然而然就属于他们的“清白”;
游泳健将的遭遇,相比较国产电镜在其突破奋斗路途上的经历,似曾相识;经过了之前多年的卧薪尝胆,加上出世五年的艰苦奋斗,国仪量子电镜的研,产,供,销协程努力,创造了世界电镜史上的奇迹,以现今超过四百台的安装基数,对外向世界展示了中国产科研电镜的雄厚实力,向内为国为民也交上了合格的基础高端科研设备自主可控的答卷。
苏州博众 bozhoninst.com
博众仪器于2023年四季度宣布攻克了电子光学系统设计、超精密加工与装配、合轴联调、纳米级精度测角台等一系列核心技术,开发了第二代透射电镜产品 BZ-F200,性能指标同国外同类电镜水平相当之后,业界一直在期待他发布进一步开发信息,以及其首台商业化透射电镜的交付计划;不想,不知道为何等到的却是其近期宣布(再一次宣布)已攻克电子源技术的推文?
图左一 电子源针尖与高温比色 图左二 电子加速陶瓷管 图右一 200kV热发射电子枪 图右二 超高稳定度高压电源 (2023年四季度图)
近期2024年7月底,苏州博众继2023年10月宣布推出国产透射电镜及其核心模组包括电子源后,又一次宣布已成功研发出国际领先水平的热场发射电子源;
据其公众号图文,该产品针尖曲率半径可精准控制在400~900nm之间,角电流密度达200~500uA/Sr,在200kV高压下,其亮度可达6.5x10^8~1.5x10^9A/(c㎡ ·Sr),在1700~1850K的温度环境下稳定工作,目前该产品已作为成熟产品对外销售并可提供定制化服务。
博众仪器于2023年全国电镜年会前夕发布推文,介绍其主营业务为透射电子显微镜及其核心部件,如:肖特基电子源、包括高压电源和恒流电源的超高稳定电源、高精度控温水冷机等产品,并提供电子枪、高压电源、磁透镜等整体解决方案;还宣布作为透射电镜的核心部件,博众仪器历时3年多,已研制出性能稳定、性价比更高的热场发射电子源,接下来还会陆续推出应用于高端仪器设备领域的超高稳定电源等核心产品,不知道是否指的是其近期此次的发布项目;
记得博众仪器去年发布的国产透射电镜宣传图文中,没有提及任何产品指标,也没有公示任何作为电镜成功应用的标志性电镜图像,只有电镜产品在建的图片,和一些简单的设备配置描述性文字;这些表象使博众仪器的产品看起来并不像一台已经正式商用的产品,而更像是产线上的“半成品”;
为了进一步求证,工作室曾登录其官网产品网页,在“产品参数”的位置上只有通用的产品简单描述,也无提及任何应该具备必须公示的产品详细指标及实拍电镜照片;近期再次查看,内容仍无更新;
工作室按照网站电话工作室联系博众销售人员:按该工作人员表述,结合博众在其公众号和网站上的统一宣传口径,基本可以判断博众仪器的产品并未正式发布,相关指标和信息会在发布会上公布,而博众仪器的国产透射电镜发布会尚未定期。
据悉,博众仪器与姚俊恩院士企业工作站的合作协约已于2024年年初到期结束,希望这支难得的国产透射电镜的力量定会继续前行,为国产透射电镜的推出交出满意的答卷;
相比去年稍晚时候慧炬科技120kV热场发射透射电镜发布的详细的各项指标参数,以及大量的实拍照片,还有来自于慧炬科技相机供应商德锐特的CMOS相机的更多的指标和照片,这样中规中矩的发布让电镜同仁清楚了解了机台的各项状况,如此的安排也是像透射电镜这样的高端仪器发布所必须和必经的过程和步骤。
提起展示电镜性能的经典照片,让人想起近期国仪量子公布的使用其超高分辨率场发射扫描电镜 SEM5000X拍摄的分子筛的高清照片,在业界一致公认的“难拍”的样品面前,各个竞品机会平等,正是可以展示厂家电镜的性能的大好良机;
分子筛是一种人工合成的具有筛选分子作用的水合硅铝酸盐或天然沸石,它在结构上有许多孔径均匀的孔道和排列整齐的孔穴,不同孔径的分子筛可以把不同大小和形状的分子分开。其具有吸附、催化、离子交换等功能,这些特性使其在石油化工,环境保护,生物医药,能源等众多领域中展现巨大应用潜力。
1925年,沸石能够分离分子的效应被首次报道,于是沸石开始有了一个新的名字-分子筛。而沸石分子筛较小的孔径特征限制了其的应用范围,于是研究者也把目光投向了具有更大孔径的多孔材料的开发。介孔材料(孔径介于2-50nm的一类多孔材料)具有极高的比表面积、规则有序的孔道结构、孔径大小连续可调等特点,自诞生以来就已成为跨多学科的热点前沿领域之一。
对于分子筛来说,其粒度及粒度组成是其重要物理特性参数,直接影响产品工艺性能和使用性能,尤其是在催化剂研究中,分子筛的晶粒大小、孔道结构和制备条件对催化剂性能有显著影响。因此探索分子筛晶形变化、精确控制其形貌,对催化性能的调控及提升具有重要的意义,也一直都是分子筛研究的重要方面。
扫描电镜图像为分子筛的结构-性能关系研究提供了重要的微观信息,有助于指导分子筛的合成优化和性能调控。
ZSM-5 分子筛具有MFI 结构,不同晶体形貌的MFI 型分子筛催化剂的产物选择性、反应活性及稳定性等均可能随着形貌的不同而有所差异。
图1(a)MFI骨架拓扑结构
下图为使用国仪量子超高分辨场发射扫描电子显微镜 SEM5000X拍摄 ZSM-5分子筛的照片。
图1(b) ZSM-5分子筛/500V/Inlens
SBA-15是一种常见的硅基介孔材料,拥有二维六边形孔道结构,孔径一般在3-10nm。绝大部分介孔材料都是非导体,而常用镀膜(Pt,Au)的前处理方式极大可能会堵住几个纳米的孔道,影响其显微结构的表征。
因此此类样品通常不会进行任何喷镀前处理,这就需要扫描电镜在极低电压下也具有超高分辨成像效果。
下图为使用国仪量子超高分辨场发射扫描电子显微镜 SEM5000X拍摄 SBA-15分子筛的照片。
图2(a) SBA-15/500V/Inlens
图2(b)SBA-15/500V/Inlens
图片使用的国仪量子型号 SEM5000X,是一款超高分辨率热场发射扫描电子显微镜,其分辨率达到了突破性的0.6 nm @15 kV和1.0 nm @1 kV。
在今年美国Cleverland举办的M&M展会上,双球差矫正透射电镜技术和产品的关键推动者和奠基人,透射电镜像差矫正器共同发明人,CEOS 公司的联合创始人 Dr.Max Haider 光临了唯一一家参展的国产超高分辨扫描电镜及热场发射透射电镜厂家国仪量子的展台,对国仪量子电镜的惊人表现表现出极高兴趣,并详细询问了国产透射电镜的产品及发展现状,这让在场的国产电镜同仁倍感兴奋;
提到CEOS,就不得不提及今年2024年年初被Bruker收购的另一家像差矫正技术及超高分辨透射电镜整机产品的厂家NION;这也是此次M&M展会的一大“亮点”;因为NION在被收购前已经预定了在M&M的展位,为了不浪费原展位,Bruker特意安排了在同一展厅内的区别于其他产品线的第二个Bruker展位,专门发布其超高分辨扫透电镜产品STEM,在展示材料中链接了NION的各类背景和技术信息,在M&M 展会历史上也创造了一段佳话。
自此,Bruker正式在国际电镜整机圈正式亮相,凭借NION带来的像差矫正器技术和关键模组,a型能量过滤器技术及关键模组,以及单色器技术和关键模组,强势进入这一具有高度竞争化的高端超高分辨扫透电镜市场和应用领域;相信在不久的将来,广大国内电镜同仁将会看到打着BRUKER标识的高端电镜发布和交付。
聚束科技 focus-ebeam.com
聚束科技创始人是的四位中国国籍的大陆人:赵真、何伟、李帅、张德保;天使轮投资人是出生于宁波宁海的陈仲玮;控股方是台湾汉民科技集团。
2021年聚束科技因融资问题发生分裂,赵真、何伟分别离开。陈仲玮和汉民集团对“留守”聚束科技的人员也不再充分信任,故而2021年后成立了不包含大陆人的新公司:宁波伯锐锶和新加坡 Borries,并分别由美籍华人方伟和陈晓明负责。
同时宁波伯锐锶人员空降聚束科技,架空聚束科技总经理李帅和副总张德保,开始往宁波伯锐锶转移各种技术。
2023年5月,资方台湾汉民科技试图将聚束科技合并进伯锐锶,但因为李帅和张德保强烈反对未成形;故汉民集团开始寻求买家,出售聚束科技,最终选定陈仲玮的一个朋友——顾海洋和他的的杭州众硅集团公司。
顾海洋规划一个空手套白狼的收购方案:成立一个新公司——杭州众聚欣;在新公司中聚束科技占34%,陈仲玮占比20%,其他由顾海洋儿子持有,计划通过后续融资,将聚束科技的34%股权,逐步买出。
与此同时,聚束科技所有员工按 N+1补偿协商解除,直接通过聚束科技裁员,以与众聚欣签订新劳动合同的方式转入到杭州众聚欣,并于2024年2月初强制完成。
据悉,当时聚束科技员工情绪很大,资方逼迫员工到凌晨四点才完成劳动合同的签订。
2024年2月,聚束科技统一解除合同并转移员工到新公司杭州众聚欣,所有员工都约定了六个月试用期;杭州众聚欣在聚束科技原址成立众聚欣分公司,直接接管聚束科技的所有资产和场地。不想,资方又在转正前宣布统一强制解除合同,同时解散新成立的众聚欣公司。
聚束科技有形资产估值1500万人民币,无形资产估值1500万,资方准备以资产买卖的方式转入到杭州众聚欣;融资进行并不顺利,众聚欣无法按结点购买聚束科技股权,聚束科技资方认为风险高,开始提各种苛刻条件,造成买卖协议始终无法签署。截至2024年6月此次变相强制裁员事件爆发,双方始终没有成功签订买卖协议。
最终,2024年6月19日,双方确定终止合作。所有资产和场地原样归还聚束科技,聚束科技资方台湾汉民集团派宁波铂锐锶人员直接前来接管,并将所有原聚束科技人员裁撤。
至此,一代代表国产电镜最高技术水平的聚束科技,也就此全体陨落;但是,行业也看到了,台湾汉民科技没有保有这批人才,是他们最大的损失;聚束科技的中坚力量必不会就此消沉,定会在国产电镜的开发大潮中找到真正属于自已的一席之地;让我们祝愿他们宏图大展。
华研芯测
坐落于昆山市巴城镇迎宾西路1601号,采用聚束科技的高通量扫描电镜整机Navigator-100开展半导体应用端延申服务的华研芯测半导体(苏州)有限公司,我们有一段时间没有听到他们的消息,希望他们也能在这次聚束科技的变化中受益,继续从事半导体高通量扫描电镜整机设备集成系统及服务研发,针对目前国内“卡脖子”领域中的集成电路生产工艺前道量测、芯片成片检测设计自主研发半导体制程自动化检测系统的解决方案,给半导体晶圆厂、芯片设计单位、纳米级检测领域全面智慧赋能。
宁波伯锐锶 borriestech.com
Borries Pte Ltd 成立于 2021 年的疫情中的新加坡,是一家前瞻性医疗技术公司,推出了世界上最具创新性的、快速、全自动的操作的“智能型”电子束病毒成像及分析系统,用于抵御未来病毒相关疾病的再次爆发和大流行;宁波伯锐锶电子束科技有限公司是Borries在宁波设立的国内分公司。
宁波伯锐锶的创始人是著名华人电子光学专家、前汉民微测科技创始人陈仲玮博士;现今国产电镜“五胡十六国”中众多中坚力量,都有着汉民微测HMI、和陈仲玮培养留下的“子弟兵”的身影,陈仲玮博士在如今的高龄,仍在励精进取,创立新的高科技电镜公司,让人心生敬佩;
中科科仪 kyky.com.cn
善时仪器 sense.cc
善时仪器的钨灯丝扫描电镜型号SS-60、和SS-150,外观上和韩国SEC的台式电镜高度相似,是否可以认为此款电镜是韩国SEC的国内套牌呢?
善时仪器的钨灯丝扫描电镜型号SS-300,外观与上个世纪末被KLA收购的美国Amray公司扫描电镜完全一致;还有人一眼认出,这不是中科科仪的钨灯丝扫描电镜型号EM-6900吗;我们都知道,中科科仪钨灯丝扫描电镜产品线起源于Amray,且在20年中鲜有更新仍旧保持Amray的“原汁原味”不足为奇,那怎么又和善时仪器“撞脸”了呢?Amray已经不再,是否可以认为善时仪器此款电镜是中科科仪的国内南方套牌呢?
国产电镜怪相频发,一位资深电镜用户在朋友圈写道:“最近遇到一件烦心事:在一招标项目中,一资深国产电镜厂家以尚未完成的产品参与投标,并因响应全部技术参数、且价格极低而中标。中标后,此厂家以中标商的身份表示,中标的产品尚在研发中,需等产品交付之时,才可满足应标的技术参数要求。
这有些匪夷所思,首先,仓促研发出的产品的稳定性、可靠性有保障吗?其次,如果所有国产电镜厂家都这样做,以后投标,是否需要把一台台电镜都搬到现场接受实地验证呢?最重要的是,这样做合乎招标法律法规要求吗?”
大家注意到此集的标题是“下之上”集,这是因为由于篇幅所限,为了不影响大家的观感,工作室会将下集再细分为“下之中”和“下之下”集,请大家见谅;
国产电镜下之上集先聊到这里,让我们在后续两集内继续“五胡十六国”之旅。
(待续)