扫描探针（SPM）显微镜测量技术

20世界80年代，随着具有原子分辨能力的扫描探针系统的发明，人类首次实现了对原子的表征和直接任意操控，开启了纳米时代的大门。经过近40年的发展，包括纳米材料和纳米器件的纳米科技目前已经广泛应用于信息、材料、能源、环境等各个产业的上游、高端环节，对世界产生深远影响。在纳米科技时代，人们已经发现了更多有趣的物理现象、更多性能优越的新型材料，也开发了更多新型器件的应用。而这一切都离不开微观尺度表征手段的发展。扫描探针显微技术(SPM)是纳米科技领域不可或缺的一种表征手段，在微纳表征调控方面具有不可替代的优势。

人们已发明了诸多类型的扫描探针显微镜，包括主要用于表面材料的表面形貌和原子/分子结构的扫描隧道显微镜、原子力显微镜，以及针对具体物理性质测量功能而实现的导电原子力显微镜、扫描开尔文显微镜、扫描热显微镜、压电响应力显微镜、磁力显微镜和扫描电化学显微镜等。它可以被用于观察纳米材料的表面形貌、内部结构，也可以被用来测量材料在纳米尺度的电学特性、力学性质、热学性质、化学性质等。利用扫描探针技术对多种微纳器件体系的微纳结构进行原位电学、力学、热学、化学表征可以帮助我们从微观尺度上了解该结构影响器件性能的微观物理机理，设计材料生长、结构设计的优化方案，指导器件性能优化的实验方向。

基于扫描探针技术的微纳结构电学、力学、热学、化学性质表征

      为了进一步提高光电器件性能，我们必须在物理机理上有所突破 ，需要了解影响器件性能的微观物理机理。在铜铟镓硒(CIGS)以及铜锌锡硫(CZTS)薄膜太阳能电池的研究中，我们利用扫描探针技术对光电器件
的微纳电学性质与局域光伏性能相关性进行测量。并配合其他微纳表征方法，我们发现晶界面的能带结构是影响器件性能的关键结构。Type-II 类型的能带结构可以分离光生电子与空穴，大大降低空穴电子复合几率
，有效钝化晶界面，提高器件性能。目前我们在高Ga组分CIGS太阳能电池、CCTSSe红外探测器等方面进行进一步深入探索。

2. 固态锂电池中充放电界面层动态原位表征与机理研究

锂枝晶生长是影响锂离子电池安全性和稳定性的根本问题之一

      全固态锂电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池。固态锂电池技术采用锂、钠制成的固态玻璃化合物为传导物质，取代以往锂电池的电解液，大大提升锂电池的安全性和能量密度，是目前锂电研究的热
门方向。锂枝晶是锂电池在充电过程中锂离子还原时形成的树枝状金属锂，刺穿电解液可以导致器件短路，因此锂枝晶生长是影响锂离子电池安全性和稳定性的根本问题之一。我们利用具有纳米尺度分辨的扫描探
针显微镜对全固态锂电池中的枝晶生长进行动态原位表征，首次实现了对枝晶形成的原位测量，合电学、力学测量给出了枝晶倾向于晶界面生长的微观物理机理。我们将进一步深入研究固态电解质晶界面修饰、枝
晶生长等问题。

全固态锂电池中的枝晶生长进行动态原位表征

3．复合导热材料中导热网络界面热阻的微纳表征

      利用纳米填料可以有效提高高聚物封装材料的导热系数。之前的研究表明纳米填料在聚合物中形成导热网络，建立了高效的导热通道，因而提高了复合材料的热导率。为了进一步提高热导率，优化导热填料我
们需要对导热纳米填料之间的热导率进行定量表征。本研究中，我们利用扫描热显微镜建立了微纳尺度界面热阻测试平台，对低维纳米填料导热进行直接的测量，同时也实现了对材料界面热阻的微纳定量测量。

4.基于相变材料的微纳器件制备与表征

      纳米加工技术能够实现纳米量级加工精度的结构制造，是实现功能结构与器件纳米化的基础，目前已经广泛应用于大规模集成电路，微电子信息器件，纳米光学器件的产业生产以及最前沿的纳米技术的实验室
研发探索。激光直写技术是利用强度可调的激光束对基片表面的抗蚀材料实施变剂量曝光，显影后在抗蚀层表面形成所要求的浮雕轮廓。这种技术不要求掩模板，可以利用高精度激光扫描以及样品移动直接写出任
意图形，具有成本低，效率高等优点。然而目前激光直写技术受限于直写光束光斑大小的光学衍射极限，只能制备1微米以上精度的微纳结构，限制了其在纳米尺度结构，器件制造领域方面的应用。我们利用基于
相变材料的新的曝光机理可以大大降低曝光区于光斑面积比，将激光直接技术的分辨率提高到70nm以下，使这种技术可以应用于纳米微电子器件，纳米光学器件制造。

激光直写系统




利用激光直写系统制备微纳结构，精度达到70nm


利用激光直写系统制备忆阻器