应用分享 | 微区样品跨平台精确定位解决方案之应用篇（XPS & TOF-SIMS）

在微区样品（如纳米材料、生物单细胞、半导体缺陷等）的多维表征中，科研人员常需在同一区域联合使用多种技术平台（如拉曼、SEM、AFM等）进行测试。然而，不同设备在光学系统、样品台结构和成像分辨率等方面存在差异，导致样品跨平台转移后原有定位标记失效，必须重新定位。

传统定位方法依赖人工搜寻样品表面特征（如缺陷或划痕），通过反复调整样品台与图像比对来逼近原测试区。该过程对微米甚至纳米尺度样品极为耗时，单次定位常需数十分钟至数小时。若联合3–4种技术，累计定位时间将严重挤压有效数据采集。此外，多数测试中心采用“机时收费”模式，定位时间全额计费，进一步推高了科研成本，影响实验效率与资源利用。

为解决上述问题，HORIBA 公司推出以 nanoGPS 定位芯片为重要，搭配 navYX-connect 软件的一体化解决方案。该技术通过在样品旁固定定位芯片建立统一坐标基准，实现跨设备快速匹配原测试区域，无需人工反复搜寻样品特征，明显简化流程、提升测试效率。

该技术具备三大重要优势：

1. 易用性高：芯片体积小，通过常规导电胶即可固定于样品托，材质稳定、可重复使用，明显降低操作成本。

2. 定位精确：读取过程不受光学系统限制，精度由平移台机械性能决定，可实现微米级偏差。

3. 兼容性广：不绑定特定设备品牌，适用于光学显微镜、共聚焦显微镜及多种表面分析平台，覆盖材料、生命科学、微电子等多领域。                        

图1. nanoGPS 芯片与navYX-connect 软件

图2. nanoGPS 芯片的使用与navYX-connect 软件界面

在 ULVAC-PHI 设备上的应用实例

作为表面分析设备领域的先行者，ULVAC-PHI 与 HORIBA 合作，将 nanoGPS 芯片应用于其新一代 XPS（PHI GENESIS）与 TOF-SIMS（PHI nanoTOF3⁺）设备中，实现了多种微区样品的跨平台精确定位分析。下面将简单介绍nanoGPS定位芯片在PHI nanoTOF3+的应用。

MoS₂样品的跨平台定位与分析

如图3所示，我们以尺寸约10 μm的MoS₂薄片为分析对象，展示了其在光学显微镜、拉曼光谱、光致发光成像与PHI nanoTOF3⁺之间的跨平台定位过程。在TOF-SIMS平台上，首先利用Calibration chip进行多区域Mapping图像采集，并将数据导入navYX-connect软件，自动建立设备坐标系。随后，对tag chip区域进行小尺寸Mapping采集并加载至软件中，通过调用预存的拉曼定位图像（POI），软件自动计算出MoS₂样品在TOF-SIMS坐标系中的精确位置。将该坐标输入设备控制软件SmartSoft后，样品台可自动移动至目标区域。实测结果显示，定位坐标与理论值偏差极小，充分验证了nanoGPS系统在跨平台定位中的准确性。

图3. 约10 µm的MoS₂薄片在不同显微设备上的跨平台分析

WSe₂样品的“一次建系、重复使用”验证

nanoGPS技术具备“一次建系、重复复用”的重要优势。在完成TOF-SIMS平台的坐标系建立后，我们更换了第二个样品——边长为50 µm的WSe₂二维半导体材料。该样品-芯片组合已预先在拉曼设备中完成定位。在TOF-SIMS分析中，无需重新执行校准流程，只需对tag chip区域进行图像采集并加载至navYX-connect软件，系统即可自动输出WSe₂样品的精确坐标。该方法将跨平台定位流程大幅简化，有效避免了设备更换导致的重复定位问题，明显提升了测试效率并降低了机时成本。

图4. 边长50 µm的二维半导体材料WS2在不同显微设备上的跨平台分析

WS₂样品微米级晶界的精确定位

对于尺度在微米以下的精细结构，nanoGPS同样展现出优越的定位能力。 通过稳定的坐标传递与微米级定位精度，该系统成功在不同显微分析设备间锁定了WS₂样品中尺寸约1 µm的晶界这一微观特征。图5清晰展示了该晶界区域在多个平台中的成像结果，证明了该技术对于亚微米尺度结构的跨平台追溯能力，为微观缺陷分析、晶界性质研究等提供了可靠的定位支撑。

图5. WS₂样品在不同显微设备上的跨平台分析，1 µm左右的晶界清晰可见

综上所述，HORIBA nanoGPS 定位技术基于“易用、精确、通用”三大优势，通过统一的坐标基准与“一次建系、重复复用”机制，彻底革新了跨平台微区定位的工作流程。该技术成功解决了传统方法效率低下、操作繁琐的重要痛点。通过nanoGPS 定位技术，ULVAC-PHI 的XPS、TOF-SIMS和AES设备能够与拉曼、SEM和AFM等多种设备间实现微米级精度的快速定位。这不只大幅节省了机时与科研成本，更确保了多维度表征数据的高关联性与准确性，为材料科学、生命科学及微电子等领域的精密分析研究提供了关键的技术支撑。

-转载于《PHI表面分析 UPN》公众号