2008 APMC9 看顯微鏡技術發展：材料世界網

第九屆亞太地區顯微鏡會議(9th Asia-Pacific Microscopy Conference)於2008年11月2日至8日於韓國濟州島國際會議中心舉行。此次會議共有一千多位來自亞太地區之顯微鏡研究學者與顯微鏡應用專家與會，主要參與之會員是來自亞太地區十五個會員國(台灣、韓國、日本、中國大陸、新加坡、泰國、菲律賓、馬來西亞、印度、印尼、越南、緬甸、巴基斯坦、紐西蘭與澳洲等)及少部份的美、英、法、德等國專家學者，是一場屬於亞太區極為重要之顯微鏡會議。

此次顯微鏡會議共分儀器與技術(Instrumentation and Techniques)、材料科學(Materials Science)與生命科學(Life Science)三大領域，分屬在七間會議室進行。其中包含電子顯微鏡(Electron Microscopy)、掃瞄探針顯微鏡(Scanning Probe Microscopy)、原子力顯微鏡(Atomic Force Microscopy)、共軛聚焦顯微鏡(Confocal Microscopy)、X-ray與近場光學顯微鏡(Near Field Microscopy)等，共有超過700篇論文於38個section發表。

從亞洲各國的顯微鏡技術發展來看，國內的顯微鏡分析技術與其應用在材料研究上之水準與國際相去不遠，部分領域如國立清華大學陳福榮教授實驗室之相位板技術發展甚至與國際同步。然而在先進的顯微鏡硬體發展上，國內不論是投入之經費或研發團隊之水平均不及國際上領先之實驗室。國外除了在電子光學已經累積半世紀以上之發展基礎外，歐美日各國對於高科技儀器設備之發展也投入相當多的人力物力。國內若要能夠趕上國外之顯微鏡硬體發展水平，資源整合就顯得相當重要。

APMC9會議所顯現之顯微鏡技術發展指標
1.工研院三維斷層掃瞄電子顯像技術發展概況
工研院微結構與特性分析研究室TEM團隊於2007年開始重點發展三維斷層掃瞄電子顯像技術，並於2008年完成TEM Tomography與STEM Tomography之軟硬體建置。目前可以同時提供傾轉角度達±70度之TEM/STEM tomography分析技術。自2006年底開始，工研院材化所微結構與特性分析研究室透過國際合作計畫，與京都大學高分子研究所長谷川博一教授實驗室合作，引進低溫樣品製備技術與三維結構重建與可視化技術。工研院研究團隊也自行針對奈米中心高解析機台進行樣品高傾轉載台之改造設計，2008年我們透過「奈米科技環境建構計畫」之支持，提出一項「用於聚焦式離子束顯微切割儀(FIB)製備穿透式電子顯微鏡樣品之載具(Holder for FIB preparing TEM sample)」之中華民國與美國專利申請[10]。該專利係開發「複合式載具結構」，藉由新穎之複合載具設計，可以調控FIB內樣品座位置使之與試片高度相同，藉以省略掉第二次eucentric height的調整與樣品載入之步驟。這項專利將可以增加FIB-TEM樣品製備之產率、可靠度與三維電鏡觀察應用性。本團隊透過新型TEM高角度傾轉retainer之設計，完成國內第一個在超窄樣品(pore piece<2mm)載台內紀錄三維顯微傾轉影像之技術(傾轉角度達±70度以上)。此專利可以應用在全三維(±90度)電鏡斷層掃瞄技術之三維樣品製作載具開發上。

此次會議工研院材化所共有兩篇國際會議論文(TEM Tomography、STEM HAADF Tomography)發表：這兩篇論文主要是與京都大學合作之研究成果，由工研院主導發表。第一篇為本研究室(M100)/L600軟性透明基板材料技術計畫與京都大學長谷川博一教授實驗室合作，利用三維電鏡技術研究高分子奈米複合材料之無機添加物三維分佈情形，論文題目為「TEM Tomography Observation of 3D Structure in Nano-composites」。本研究以SiO₂@PI奈米複合材料為載具，建立混成材料內部SiO₂奈米材料之微結構形貌。圖十為(a).未經過表面改質，原始以獨立球型型態(sphere-type)之SiO₂@PI奈米複合材料，SiO₂與(b).經過表面改質，推測應該會形成鏈狀型態(chain-type)之SiO₂@PI奈米複合材料之三維微結構比較圖。圖中證明奈米材料經過表面官能基改質後，的確形成鏈狀之網絡狀結構。這樣地結構將可以強化SiO₂@PI奈米複合材料之機械性質與熱穩定，且同時兼具可撓度。

圖十、低濃度混合下，經過表面改質(a).前與(b).後之SiO₂結構分佈比較示意圖

第二篇為本研究室(M100)/電光所PCM元件發展計畫與京都大學倉田博基教授合作發展HAADF STEM Tomography三維結構分析技術。克服二維顯微影像對金屬導線(metal line)與PCM spacer之間接觸(connection)結構解析不全之限制，透過3D結構重建技術驗證金屬導線與PCM spacer之間接觸情形。論文題目為「HAADF STEM Tomography Analysis of Phase Change Memory」。圖十一顯示本研究成功地透過三維立體結構之重建，可視化金屬導線(metal line)與PCM spacer之間接觸(connection)情形，結果顯示其連結情形不佳，影響元件操作之性能。

圖十一、(a).三維立體結構顯微影像，由上/下視角分別觀察金屬導線(metal line)與PCM spacer之間接觸(connection)情形、(b).透過斷層掃瞄，實驗結果顯示金屬導線(metal line)與PCM spacer之間接觸(connection)不良是影響元件操作最主要因素。