科学仪器投资热点之“电镜”,看这篇就可以了

原创 科创之道 2023-06-12 00:00

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2023硬科技投资年中策略会,欢迎报名



内容概要:扫描电镜是电镜最大品类,也是科研仪器核心门类之一。国内市场规模约为20亿元,全球市场规模约为28亿美元。国内电镜95%以上市场都被国际巨头垄断,赛默飞、日本电子、日立高新、蔡司、TESCAN、COXEM等,国内有电镜产品突破的企业包括:钢研纳克、中科科仪、国仪量子、惠然、聚束、金竟、大束等。


电子显微镜有与光学显微镜本质原理是一样的,只不过光学显微镜用的是光源,而电子显微镜用电子束作为“光源”

电子束发射到样品上,或透射过去,或者激发样品产生电子,或者反射电子,或者被物体吸收,电子束和样品之间的作用方式不同,成像的原理也不同,因此电镜主要可分为透射电镜和扫描电镜两大类。

透射电镜,电子穿透样品内部,可以用来分析样品的内部结构;扫描电镜,电子束激发样品发射二次电子,可以用来成像样品表面形貌特征。

扫描电镜的工作原理:电子枪发射出来的电子束,在加速电压的作用下,经过二至三个电磁透镜所组成的电子光学系统,电子会聚成细的直径为5nm电子束,以光栅状扫描的方式逐点轰击到样品表面,激发出不同深度的电子信号:二次电子、背反射电子、吸收电子、X射线、俄歇电子、阴极发光和透射电子等。这些信号被相应的接收器接收,经放大后送到显像管的栅极上,采用逐点成像的方法完成一帧图像。

注:扫描电镜需要样品导电或者预先导电处理,因为入射的电子束会导致样品的表面积累负电荷,对入射电子束和激发的信号产生影响,造成图像扭曲,局部过亮失去细节,影响图像的观察。

扫描电镜是电子显微镜领域最大的种类,占比达74%左右。扫描电镜根据电子枪种类(产生电子方式)不同,又可以分为钨灯丝/六硼化镧灯丝/热场发射/冷场发射扫描电镜,其中场发射扫描电镜最常用。

参数

钨灯丝

六硼化镧

LaB6

冷场

热场

亮度(A/cm2·sr)

1E5

1E6

1E8-1E9

5E8

交叉斑 (μm)

20-40

7-15

0.01-0.02

0.02-0.04

工作温度(K)

2650-2750

1750-1850

300

1750-1800

逸出功(eV)

4.4-4.5

2.0-2.9

4.1

2.5-2.9

分辨率

3nm

2.5nm

<1nm

1nm

电流密度 A/cm2

1.3

25

50K

500

使用寿命(小时)

100左右

>500

10000

>10000

扫描电镜由以下五大部分组成:电子光学系统(电子枪、聚焦系统、扫描线圈)、真空系统、信号检测系统、显示成像系统、电气控制系统。不同类型的电子枪产生高能电子束;聚焦系统将电子束聚成细的电子束;扫描线圈控制电子束的移动轨迹,以光栅状扫描样品;真空系统的作用是建立能确保电子光学系统正常工作、防止样品污染所必须的真空度;检测器可以检测出样品表面产生的次级信号;显示成像系统对次级信号的变化量进行处理,可以得到反映样品表面形貌和成分的图像。

电镜的应用领域主要包括生命/生物科学、材料研究,材料化工领域是最大的应用市场,市场占比达40.8%,其次为生物医学领域,市场占比为33.5%。

图片来源:中邮证券

一般材料学院都会有专门的电镜操作培训课程。特别是最近几年半导体行业快速发展,推动了电镜需求的快速增长。

上篇文章提到过,科学仪器越精密,操作流程越复杂,对于专业之外的技术要求会越高。大家可以拿扫描电镜的耗材来感受一下(除此之外,还有诸多附属设备和制样辅助设备)。

图片来源:中科科仪官网

据日本电子数据,全球电子显微镜市场规模为27.64亿美元,其中,扫描电镜占比74%,而透射电镜则由于技术水平和价格高、操作难度大,分辨率可达原子级别,主要对样品晶体结构进行分析等,应用市场还尚未完全打开和释放,故总体规模还较小,占全球电镜的26%左右。

目前,全球电镜市场竞争格局基本稳定,国内电镜95%以上市场都被国际巨头垄断,形成了赛默飞、日本电子、日立高新、蔡司、TESCAN、COXEM等几大电镜巨头把持的市场格局。

国内电镜产品突破的企业主要有钢研纳克、中科科仪、国仪量子、惠然、聚束等,也有围绕着电镜核心部件,以及高端科研服务开展业务的,比如金竟科技佰翱得等。

钢研纳克:推出国产高分辨(HR)场发射扫描电镜“旗舰机型”——FE-1050 系列,极高分辨(XHR)场发射扫描电子显微镜——FE-2050X,性能指标显示我国扫描电镜技术与国际先进技术的差距大幅减小。

中科科仪:前身中国科学仪器厂,曾研制出首台扫描电子显微镜。场发射枪扫描电镜 KYKY-EM8100,分辨率0.9nm@30kV(SE)/2.5nm@30kV(BSE);钨灯丝扫描电镜 KYKY-EM6900LV,分辨率3nm@30KV(SE,高真空);6nm@30KV(BSE,高、低真空)。

国仪量子:场发射扫描电镜SEM5000,分辨率达到1.0 nm @ 15 kV;世界上首台分辨率达到 2.5nm的钨灯丝扫描电镜SEM3300。

金竟科技:主要产品为阴极荧光成像系统和光谱探测系统,可以搭配电镜使用,通过探测样品受激发后产生的光子信号成像,可以直观地展现样品的内部成分、应力、缺陷、掺杂、能带结构等重要信息。

佰翱得:冷冻电镜结构CRO平台,提供蛋白表达纯化、生物大分子结构解析、体外生物分析、化学研发外包等服务业务,建成了以复杂药靶蛋白制备为核心、以结构生物学为特色的新药发现一体化CRO服务平台。

注:以上为ChatGPT一本正经胡说八道(我一直想知道这些子虚乌有的企业,ChatGPT是如何编出来的)

作者简介:步日欣

创道硬科技创始人,北京邮电大学创业导师、经管学院特聘导师、天津市集成电路行业协会顾问。电子工程本科、计算机硕士学位,具有证券从业资格、基金从业资格,先后就职于亚信咨询、中科院赛新资本、东旭金控集团等,拥有IT研发、咨询、投融资十五年以上经验,关注投资领域为半导体、智能制造、新能源等。


——创道硬科技研究院——

创道(北京)咨询顾问有限公司,专注于服务风险投资机构和科技成长型企业,聚焦“硬科技”领域,涵盖半导体、信创、人工智能、物联网、智能制造、云计算、大数据等。打造“创道硬科技研究院”、“创道硬科技生态圈”、“创道硬科技融服务”三大业务板块,科技研究、产业协同、投融资服务一体化平台,涵盖业务包括风险投资、科技深度研究、投融资咨询等。


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