泽攸科技 | 台阶仪：微观形貌的精密解析工具 —— 原理、技术与产业化应用

在精密制造与前沿科研领域，微观表面形貌的量化表征是保障产品性能与推动技术创新的关键环节。台阶仪作为一种高精度表面测量仪器，通过对样品表面高度差、粗糙度及薄膜厚度等参数的精确获取，为半导体、纳米材料、光学工程等领域提供了不可或缺的技术支撑。本文将系统阐述台阶仪的工作原理、技术特性，并重点介绍泽攸科技台阶仪的创新成果及其应用场景。

台阶仪的基本定义与核心功能

台阶仪是一类基于接触式探针扫描技术，实现样品表面微观形貌二维和三维特征量化分析的精密测量设备。其核心功能在于通过高分辨率传感系统捕捉表面纳米至微米量级的几何特征，输出高度差、粗糙度、3D 形貌等定量参数，为材料性能评估、工艺优化及器件可靠性分析提供数据依据。

台阶仪接触式探针扫描技术原理

接触式测量系统采用微米级半径的金刚石探针作为测量单元，通过压电驱动装置实现探针与样品表面的相对运动。当探针沿扫描路径接触表面时，其垂直位移通过电感式传感器转化为电信号，经模数转换与算法处理后生成表面轮廓数据。该技术的优势在于纳米级垂直分辨率，但需严格控制探针压力（通常为微牛级）以避免样品损伤，适用于较硬质材料表面的高精度测量。

泽攸科技台阶仪的技术创新与性能参数

长期以来，这一领域被国外产品垄断。泽攸科技作为精密测量仪器领域的创新型企业，其研发的 JS 系列台阶仪通过多项自主核心技术突破，打破了国外垄断，实现了测量精度与适用范围的双重提升，是半导体国产化进程中重要的一环。

该系列产品的技术优势集中体现在：

1. 大行程超精密平面扫描技术：采用超光滑平晶导轨与纳米光栅反馈系统，实现 55mm描范围内≤ 20nm（每2mm）的平面度误差，满足大尺寸样品的全域均匀性测量需求。

2. 大带宽大行程纳米微动台：集成压电驱动与LVDT传感单元，实现标准行程内 0.05nm 的位移分辨率，10kHz 带宽确保高速扫描时的动态响应精度，重复测量偏差控制在 0.5nm 以内。

3. 超微压力恒定控制系统：通过闭环反馈调节探针接触力至 0.5-50mg 范围，在保证测量稳定性的同时，有效避免对软质材料表面的机械损伤。

4. 直立式双LVDT测量结构：创新式的直立下针双LVDT测量系统，摈弃了传统的杠杆式测量方式，无需圆弧补偿，所测即所得。

其代表性产品的核心性能指标如下：垂直分辨率≤0.05nm，高度方向重复性≤0.5nm（1μm 标准台阶），最大扫描长度≥200mm（含拼接），支持≤12 英寸晶圆及 50mm 高度样品的直接测量，全面覆盖科研与工业生产的多样化需求。

台阶仪的适用范围与测量范畴

适用样品类型

台阶仪主要针对具有可量化表面特征的固体样品，典型应用对象包括：

半导体材料：硅基衬底、光刻胶图形、金属 / 介质薄膜（SiO₂、Al、Cu）、MEMS 器件结构；
纳米功能材料：二维纳米薄膜（石墨烯、h-BN）、功能性涂层（超疏水、自组装单层膜）；
光学与磁存储材料：光学透镜表面、磁头 / 磁盘介质、衍射光栅结构；
其他特种材料：陶瓷薄膜、生物芯片载体、锂电池电极、聚合物微结构等。

主要测量参数与应用场景

1. 表面台阶与高度差测量

核心参数：台阶高度（h）、横向特征尺寸（线宽、台阶宽度）
应用领域：半导体工艺监控（光刻胶刻蚀深度、薄膜沉积厚度）、涂层厚度检测（PCB 焊盘镀层、光伏电池透明导电膜）

2. 表面粗糙度表征

核心参数：算术平均偏差（Ra）、均方根粗糙度（Rq/Sq）、最大高度（Rz/Sz）
应用领域：光学元件质量控制（镜头镀膜散射特性）、高新材料优化（陶瓷材料表面性能）

3. 薄膜与界面分析

核心参数：单层膜厚度（如 SiO₂热氧化层）、多层膜界面粗糙度（如 GaAs/AlGaAs 异质结）
应用领域：存储器件研发（硬盘磁头薄膜均匀性）、柔性电子表征（PET 基底纳米银线薄膜连续性）

4. 三维形貌与轮廓分析

核心参数：三维形貌图、轮廓曲线特征点坐标（峰值 / 谷值位置）
应用领域：微纳加工验证（纳米压印结构完整性）、磨损腐蚀研究（金属表面损伤形态量化）

泽攸科技台阶仪的产业化应用价值

泽攸科技台阶仪凭借其自主创新的技术架构与高性能指标，在精密制造与科研领域展现出显著优势：相较于进口同类产品，泽攸科技台阶仪在保持同等测量精度的前提下，具备更高的性价比与本地化技术支持能力，有效降低了国内企业与科研机构的设备采购成本，加速了精密测量技术的国产化替代进程。

随着微纳制造技术的不断发展，台阶仪作为微观形貌表征的核心工具，其应用场景将持续拓展。泽攸科技将继续深耕精密测量技术研发，通过硬件创新与算法优化，进一步提升仪器的测量效率与环境适应性，为我国高端制造与前沿科研领域提供更具竞争力的技术解决方案。