2016年，一條儀器科技公司收購(gòu)的新聞在電鏡圈炸了鍋。賽默飛世爾科技公司（Thermo Fisher）將以每股107.50美元的現(xiàn)金收購(gòu)FEI，該交易的購(gòu)買價(jià)格約為42億美元。熟悉FEI的人都知道，F(xiàn)EI電鏡的產(chǎn)品在圈里一直都是有口皆碑，無(wú)論是生命科學(xué)領(lǐng)域的冷凍透射電子顯微鏡Cryo-TEM、球差矯正透射電子顯微鏡Cs-TEM，半導(dǎo)體領(lǐng)域的雙束工作系統(tǒng)DualBeamTM（FIB/SEM）、環(huán)境掃描電鏡E-SEM還是配置單色器的超高分辨掃描電子顯微鏡SEM，都是代表業(yè)內(nèi)高水平的產(chǎn)品。2015年，F(xiàn)EI的收入為9.3億美元，公司發(fā)展勢(shì)頭非常迅猛。

      不夸張的說(shuō)，賽默飛世爾科技用42億美金成功并購(gòu)FEI非常劃算，也是一個(gè)雙贏的合作。賽默飛通過(guò)FEI的Cryo-TEM技術(shù)來(lái)研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，補(bǔ)充了賽默飛的質(zhì)譜在結(jié)構(gòu)生物學(xué)中的地位，使賽默飛世爾公司處于利用這一重要趨勢(shì)的位置，同時(shí)推動(dòng)生物制藥的發(fā)展。另一方面，借助FEI電鏡的成像技術(shù)，賽默飛將擴(kuò)大其在材料科學(xué)市場(chǎng)的影響力。更重要的是，賽默飛世爾將受益于FEI在半導(dǎo)體市場(chǎng)的強(qiáng)大影響力，在這一客戶群中創(chuàng)造新的增長(zhǎng)機(jī)會(huì)。

      企業(yè)合并，LOGO自然是改頭換面，經(jīng)典的FEI標(biāo)識(shí)LOGO將不會(huì)出現(xiàn)在新產(chǎn)品上，取而代之的是Thermo Scientific?；仡橣EI的歷史，自然也是兼并收購(gòu)的歷史，只不過(guò)這次，甲方成了乙方?，F(xiàn)在，讓我們將時(shí)間的指針回溯到1939年荷蘭的夏天，重溫一下賽默飛電鏡的前世今生。

飛利浦電鏡歷史

      1939年夏天，代爾夫特理工大學(xué)的一位名叫Jan B. Le Poole的工程系學(xué)生找到他的物理學(xué)教授H. B. Dorgelo，提出了一個(gè)有點(diǎn)令人吃驚的要求:他應(yīng)該為他的工程專業(yè)制造一臺(tái)電子顯微鏡。

      在那個(gè)時(shí)候，電子顯微鏡對(duì)于生物學(xué)研究的有用性是有爭(zhēng)議的¹。整個(gè)細(xì)胞都被聚焦，人們能夠分辨出重要的細(xì)節(jié)嗎？此外，電子一直被認(rèn)為是微粒，直到1924年，通過(guò)德布羅意的工作，人們認(rèn)識(shí)到電子在運(yùn)動(dòng)中也具有波動(dòng)性。盡管如此，這并沒(méi)有改變一個(gè)事實(shí)，即微?？隙〞?huì)轟擊，從而破壞有機(jī)物質(zhì)。重要的是，生命的本質(zhì)在于細(xì)胞中高百分比的水，細(xì)胞在儀器的真空條件下不是脫水了嗎？當(dāng)電子顯微鏡的發(fā)明越來(lái)越廣為人知時(shí)，在某些生物圈內(nèi)可以聽到這樣的口號(hào):“電子顯微學(xué)家是人工假象制品的收藏家。"電子顯微鏡真的能為20世紀(jì)30年代這個(gè)重要的知識(shí)寶庫(kù)增添什么嗎？對(duì)于代爾夫特理工大學(xué)未來(lái)的年輕科學(xué)家來(lái)說(shuō)，這些反對(duì)意見既有冒險(xiǎn)的一面，也可能會(huì)給企業(yè)帶來(lái)好運(yùn)。

備注1：在代爾夫特理工大學(xué)的技術(shù)環(huán)境中，酵母工廠為國(guó)家重要的微生物研究傳統(tǒng)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。當(dāng)時(shí)關(guān)注的問(wèn)題是，是否有可能用這樣一種儀器來(lái)確定酵母細(xì)胞是否配備了一個(gè)帶有染色體的真正的濃縮細(xì)胞核，或者它是否類似于細(xì)菌，是否可以在核物質(zhì)和細(xì)胞質(zhì)之間作出明確的區(qū)分？

      鑒于所有的不確定性，年輕的Jan Le Poole渴望成為一名先鋒，后來(lái)證明他很幸運(yùn)。Jan Le Poole制造了一臺(tái)兩級(jí)電子顯微鏡，1941年可以拍攝首張張電子顯微照片。然而，40kV的加速電壓被證明是非常局限的。因此，Jan Le Poole決定與飛利浦物理實(shí)驗(yàn)室合作建造一臺(tái)150k V電子顯微鏡。在埃因霍溫的飛利浦，A.C.van Dorsten開發(fā)了一個(gè)非常穩(wěn)定的150k V的部件，同時(shí)Le Poole在H.J.de Heer的協(xié)助下正在代爾夫特研究電子光學(xué)系統(tǒng)。在1944年春天的代爾夫特，全新的150k V電子顯微鏡被研制成功。

圖1  （左圖）J. B. Le Poole博士，荷蘭電子顯微鏡創(chuàng)始人（右圖）代爾夫特電子顯微鏡，1941年4月

      這臺(tái)150KV電鏡的設(shè)計(jì)卻包含了許多令人興奮的創(chuàng)新。其中一項(xiàng)創(chuàng)新是在40倍放大的物鏡和160倍放大的投影鏡頭之間增加了兩個(gè)鏡頭。其中一個(gè)額外的鏡頭有一個(gè)小孔，可以使放大倍數(shù)在6400倍到80,000倍間連續(xù)變化。放大到6400倍時(shí)，電流通過(guò)所謂的衍射透鏡（另一個(gè)更大孔徑）。使用該衍射透鏡，可以從小至3μm的樣品選定區(qū)域獲得衍射圖案。并可以在電子圖像和電子衍射間來(lái)回切換²，這在代爾夫特已被發(fā)現(xiàn)可以用于粘土礦物的測(cè)定。選區(qū)衍射的原理先前已被H.Boersch發(fā)現(xiàn)，但當(dāng)時(shí)Le Poole還不知道。引入中間透鏡的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是電鏡鏡筒的高度減小，從樣品到圖像的總距離達(dá)到60cm。此外，LePoole引入了一種特殊的對(duì)焦裝置，尤其在高倍率下，當(dāng)熒光屏上的強(qiáng)度較低時(shí)，可進(jìn)行精確聚焦。入射電子束通過(guò)聚光鏡和樣品中兩組平行板間的橫向電場(chǎng)，以50Hz的頻率振動(dòng)。當(dāng)物鏡沒(méi)有聚焦時(shí)，這種振動(dòng)會(huì)使圖像模糊。這有助于聚焦，并大大提高了代爾夫特研究所拍攝電鏡照片的質(zhì)量。從那以后，這種“搖擺"的磁型版本成為飛利浦所有透射電鏡的特征。早期電鏡中的圖像場(chǎng)非常大（直徑18cm），并投射到錐形燒瓶的底部，并轉(zhuǎn)至熒光屏。通過(guò)在屏幕上方束流橫截面足夠小的位置引入35毫米膠片，可以在隨后的照片放大中覆蓋整個(gè)圖像。發(fā)射電壓在50-120kV之間變化，對(duì)于生物樣品，電壓越高，電子束的穿透力往往越強(qiáng)。

圖2 （左圖）150 kV電子顯微鏡，像場(chǎng)投射到沉積在錐形玻璃燒瓶底部的熒光材料上，1947年；（中圖） 150 kV電子顯微鏡的電子光學(xué)柱橫截面， 1944年；（右圖） “搖擺"輔助聚焦設(shè)計(jì)圖紙, 1946年

備注2：在此設(shè)計(jì)之前，所有電鏡都還不能在不移動(dòng)樣品的條件下同時(shí)獲得電子顯微像和電子衍射譜，那時(shí)普遍的做法是采用一個(gè)特殊的衍射轉(zhuǎn)換器獲得電子衍射，非常不方便。J. B. Le Poole這項(xiàng)極有意義的創(chuàng)造后來(lái)直接被用于飛利浦公司的商業(yè)電鏡產(chǎn)品之上，導(dǎo)致專用的電子衍射儀（如美國(guó)RCA公司的EMD-2）逐漸成為歷史。

      另一個(gè)有趣的發(fā)展始于1943年中期。早在1942年，由于酵母細(xì)胞體積過(guò)大，Le Poole就提議建造一個(gè)發(fā)射電壓1 MeV的電鏡，以提高電子對(duì)樣品的穿透力。建造這種電鏡，必須克服種種問(wèn)題，因此決定在飛利浦研究實(shí)驗(yàn)室建造450 kV的顯微鏡。Le Poole設(shè)計(jì)了這個(gè)電鏡的電子透鏡系統(tǒng)，而飛利浦的Van Dorsten負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)高壓設(shè)備，Oosterkamp負(fù)責(zé)發(fā)射槍，Verhoeff負(fù)責(zé)裝配。1947年，這臺(tái)電鏡安裝在代爾夫特研究所。

      盡管當(dāng)時(shí)深受戰(zhàn)爭(zhēng)的壓迫，年輕的荷蘭科學(xué)家們?nèi)匀粚?duì)這項(xiàng)工作充滿熱情，急切地研究了酵母細(xì)胞、噬細(xì)胞菌、療養(yǎng)院醫(yī)生用的結(jié)核菌、各種其他細(xì)菌以及土壤樣品中的粘土礦物、顏料、金屬和在35mm膠片上拍攝的各種其他物品。

圖3 450千伏電子顯微鏡電子光學(xué)柱的橫截面，設(shè)計(jì)始于1943年初；（右圖）H. B. Dorgelo教授在1946年拍攝的第1000張電子顯微照片

      在戰(zhàn)爭(zhēng)平息下來(lái)之后，代爾夫特電鏡被重新組裝起來(lái)。但此時(shí)，J. B. Le Poole博士也開始懷疑，在與世隔絕的環(huán)境下使用代爾夫特電鏡開展相關(guān)研究，是否對(duì)促進(jìn)電子顯微學(xué)的發(fā)展具有意義。在埃因霍溫的飛利浦是否準(zhǔn)備開始在商業(yè)基礎(chǔ)上生產(chǎn)電子顯微鏡？此時(shí)，飛利浦的總裁Anton Philips博士還沒(méi)有聽說(shuō)過(guò)代爾夫特電子顯微鏡的構(gòu)造。1946年1月，Jan Le Poole有機(jī)會(huì)訪問(wèn)英國(guó)，并參加了英國(guó)電子顯微鏡集團(tuán)的一次會(huì)議。在那里，他的一絲懷疑消失了：代爾夫特電鏡確實(shí)是一種創(chuàng)新。他在英國(guó)遇到了Van Dorsten，他們討論了對(duì)商用飛利浦電子顯微鏡的要求。1946年1月，飛利浦董事會(huì)似乎改變了觀點(diǎn)，開始準(zhǔn)備推動(dòng)電子顯微鏡樣機(jī)的開發(fā)，商業(yè)生產(chǎn)電鏡有了基礎(chǔ)。

      戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束后，代爾夫特研究所的工作人員逐漸增加：有4名物理學(xué)家、1名生物學(xué)家、1名工程師、2名儀器制造師和4名技術(shù)人員。從1946年起， Le Poole得到了J. Kramer的協(xié)助，J. Kramer在過(guò)去的36年中一直是Le Poole的得力助手。1946年，物理學(xué)家的首要任務(wù)是校正電鏡的像散，提高高電壓穩(wěn)定性，以及進(jìn)一步發(fā)展一種更強(qiáng)的物鏡，即在不需要進(jìn)一步穩(wěn)定透鏡電流和高電壓的情況下充分降低色差。包括其他工作在內(nèi)，這項(xiàng)工作為飛利浦簡(jiǎn)化電子顯微鏡的設(shè)計(jì)提供了背景。

圖4  J. B. Le Poole的團(tuán)隊(duì) , 1947年. 前排: de Heer, van Ments, Miss Schaap, Dr. van Iterson, Dr. Le Rütte. 第二排: Groenheide, Fraase Storm. 后排: Le Poole, Miss Le Poole, Miss van derWees, Miss van de Heuvel, Kramer

      1946年，飛利浦公司制造的電鏡原樣機(jī)在牛津的一次大會(huì)上展出，飛利浦EM100的設(shè)計(jì)于1947年完成。一個(gè)早期特征是熒光屏在透射中觀察并傾斜到水平方向，如圖3所示。在所有隨后的飛利浦電鏡中，這種結(jié)構(gòu)被放棄，因?yàn)榇怪敝葍A斜柱在機(jī)械上更穩(wěn)定。

圖 5 （左圖）飛利浦電子顯微鏡EM100；（右圖）EM 100的發(fā)布會(huì)，從左至右分別是：H. B. G. Casimir, W. J. Oosterkamp,H. Alting, H. B. Dorgelo, J. B. Le Poole, A. Verhoeff, A. C. van Dorsten.

      飛利浦公司1954年推出75KV的EM75型透射電子顯微鏡大膽改進(jìn)了物鏡的設(shè)計(jì)，創(chuàng)新的采用了大尺寸物鏡，比當(dāng)時(shí)幾乎所有電鏡中的物鏡尺寸大了近4倍。大尺寸物鏡縮短了物鏡的焦距（0.8mm）和減小了球差系數(shù)。在其后幾十年陸續(xù)推出的透射電鏡產(chǎn)品中，飛利浦公司繼續(xù)推進(jìn)高性能與用戶體驗(yàn)的統(tǒng)一，除了電子加速電壓不斷提高至300KV，分辨率在1966年得到了2.5埃（EM300），還在業(yè)界推出包括兩個(gè)聚光鏡的六級(jí)透鏡系統(tǒng)，側(cè)插式同心轉(zhuǎn)軸樣品臺(tái)（大角度傾斜樣品而樣品不偏移）、電子槍隔離真空閥、商業(yè)化透射/掃描透射電鏡同機(jī)（EM300 TEM/STEM，1968）、一扭多功能、自動(dòng)底片傳輸?shù)群髞?lái)電鏡界普遍采用的設(shè)計(jì)。

 圖6賽默飛TEM產(chǎn)品演變路線，有著超過(guò)70年的商業(yè)化技術(shù)底蘊(yùn)

      飛利浦于1972年進(jìn)入掃描電子顯微鏡（SEM）市場(chǎng)，僅僅在劍橋儀器公司推出他們的立體式掃描電子顯微鏡七年后。當(dāng)時(shí)推出的型號(hào)是PSEM500，在二次電子模式下能夠具有大約10 nm的分辨率。其他系列的SEM出現(xiàn)在1977年(SEM501)，1990年(SEM XL型號(hào))以及1997年帶有六級(jí)透鏡的FE-SEM (場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡)，能夠在常規(guī)電壓和非常低的加速電壓下提供清晰的圖像。

      在電鏡市場(chǎng)揚(yáng)名51年后，飛利浦公司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的電子光學(xué)部于1997年被美國(guó)FEI公司收購(gòu)，飛利浦電鏡系列從那時(shí)起就更名為FEI系列電鏡，但骨子里一直還是飛利浦電鏡。

   電鏡歷史

      FEI是由Lynwood Swanson博士創(chuàng)立的。Swanson在加利福尼亞長(zhǎng)大，本想從事醫(yī)學(xué)或藥學(xué)工作，但他接受了太平洋大學(xué)的橄欖球獎(jiǎng)學(xué)金，該大學(xué)沒(méi)有任何關(guān)于醫(yī)學(xué)和藥學(xué)的專業(yè)，于是開始學(xué)習(xí)化學(xué)并為之著迷，獲得了化學(xué)物理學(xué)學(xué)位。1959年，在加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校獲得物理化學(xué)博士學(xué)位，并開始在芝加哥大學(xué)做博士后工作，參與場(chǎng)發(fā)射的基礎(chǔ)研究，即原子中電子的釋放。也是在1959年，Swanson 遇到了該領(lǐng)域的先驅(qū)者Walter Dyke博士，這個(gè)人后來(lái)成為他的導(dǎo)師。

圖1  Lynwood Swanson博士（左圖）和Walter Dyke博士（右圖）

      Dyke于1938年在林菲爾德獲得物理學(xué)學(xué)位，但他在華盛頓大學(xué)的研究生學(xué)習(xí)因第二次世界大戰(zhàn)而中斷。在這些年里，他在麻省理工學(xué)院從事雷達(dá)研究，不得不與雷達(dá)所依賴的電子束所帶來(lái)的輻射影響作斗爭(zhēng)，Dyke很快就意識(shí)到，這些輻射可以被利用。在戰(zhàn)后完成他的博士學(xué)位后，他回到了林菲爾德，開始進(jìn)行場(chǎng)發(fā)射研究。1955年，林菲爾德研究所（LRI）在俄勒岡州的麥克明維爾成立，以減輕Dyke的研究給物理系帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。LRI很快為其場(chǎng)發(fā)射的研究工作找到了一個(gè)商業(yè)應(yīng)用：一個(gè)可用于定格射線攝影和輻射研究的閃光X射線系統(tǒng)。為了實(shí)際生產(chǎn)該系統(tǒng)和其他可能由LRI研究產(chǎn)生的產(chǎn)品，Dyke于1958年成立了場(chǎng)發(fā)射（ Field Emission）公司。

圖2 FE公司的LOGO（左圖）以及生產(chǎn)的 FEXITRON 630 Flash 型X射線光管（右圖）

      1961年，Swanson在LRI加入Dyke團(tuán)隊(duì)，同時(shí)也開始在林菲爾德大學(xué)任教。1971年，他與合伙人Noel Martin 和 Lloyd Swenson在林菲爾德校園的一棟大樓里成立了從LRI發(fā)展出來(lái)的第二家公司-- Field Electron and Ion。兩年后，公司名稱縮寫為FEI公司。FEI的成立是為了向場(chǎng)發(fā)射的研究人員提供高純度、定向的單晶材料，平穩(wěn)地運(yùn)營(yíng)了幾年后，開始在該領(lǐng)域內(nèi)有聲望，尤其是在電子和離子束發(fā)射器的設(shè)計(jì)和制造方面。1981年，它開發(fā)了液態(tài)金屬離子（LMI）源，改進(jìn)了聚焦束技術(shù)，對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)產(chǎn)生了重大影響，該行業(yè)利用聚焦束技術(shù)改進(jìn)了故障分析的方法。一年后，F(xiàn)EI開始運(yùn)送其LMI聚焦光學(xué)柱，獲得了惠普公司、英特爾公司和希捷公司等主要企業(yè)客戶的青睞，公司業(yè)務(wù)開始起飛。FEI將其業(yè)務(wù)總部遷至俄勒岡州希爾斯伯勒市，以更接近這些客戶。

      隨著FEI的崛起，Swanson并沒(méi)有全部投入到FEI的工作中。1973年，他在俄勒岡州研究生院進(jìn)行表面物理研究工作，但到了1987年，由于半導(dǎo)體行業(yè)新技術(shù)的變化，F(xiàn)EI顯然處于重大發(fā)展的邊緣。不僅在半導(dǎo)體行業(yè)，而且在結(jié)構(gòu)生物學(xué)和蛋白質(zhì)研究中，透射電子顯微鏡也是至關(guān)重要的。因此，Swanson在1987年決定離開教學(xué)崗位，全身心投入到FEI的運(yùn)營(yíng)中。

      為了推動(dòng)公司的發(fā)展，F(xiàn)EI在1988年從俄勒岡州資源與技術(shù)發(fā)展公司的首輪資金中籌集了30萬(wàn)美元。一年后，該公司實(shí)現(xiàn)了另一個(gè)里程碑，它交付了其完整的離子束（FIB）工作站。FEI在這十年中記錄了450萬(wàn)美元的銷售額，這個(gè)數(shù)字在1990年增加到750萬(wàn)美元。

圖3  FEI交付完整的FIB工作站

      20世紀(jì)90年代初，F(xiàn)EI在希爾斯伯勒的俄勒岡研究生中心科學(xué)園租賃了2300平方米的房屋，雇用了約85名員工。然而，公司在這一階段發(fā)展迅速，需要將員工人數(shù)增加一倍，并搬到一個(gè)更大的空間。1992年12月，F(xiàn)EI在希爾斯伯勒的一座在建的4000平方米的大樓上簽訂了十年的租約。

      在20世紀(jì)90年代初，F(xiàn)EI與飛利浦電子光學(xué)公司（Philips Electron Optics）結(jié)成聯(lián)盟，共同開發(fā)一種創(chuàng)新的新產(chǎn)品。飛利浦在電子光學(xué)方面的經(jīng)驗(yàn)可以追溯到20世紀(jì)30年代，它在1949年制造了世界上商用透射電子顯微鏡，并在隨后的幾年中負(fù)責(zé)該領(lǐng)域的一系列進(jìn)展。1990年，飛利浦公司推出了一臺(tái)適合用于六英寸半導(dǎo)體晶片的掃描電子顯微鏡（SEM）。1993年，F(xiàn)EI和飛利浦將他們的技術(shù)結(jié)合起來(lái)，創(chuàng)造了雙束（FIB/SEM）工作站。

      為進(jìn)一步的發(fā)展，1995年6月，F(xiàn)EI上市，這次發(fā)行籌集了2380萬(wàn)美元。然而，F(xiàn)EI作為一個(gè)獨(dú)立的上市公司的地位并沒(méi)有持續(xù)很久。1996年9月，飛利浦電子光學(xué)公司的母公司Philips Electronics N.V.收購(gòu)了FEI 55%的控股權(quán)。1997年2月，F(xiàn)EI和飛利浦電子光學(xué)公司的業(yè)務(wù)將合并到FEI名下。在合并過(guò)程中，飛利浦電子光學(xué)公司增加了一些有價(jià)值的資產(chǎn)，這些資產(chǎn)將成為業(yè)務(wù)組合的一部分。ElectroScan及其ESEM（環(huán)境掃描電子顯微鏡）技術(shù)被收購(gòu)，ElectroScan在1988年推出了當(dāng)時(shí)世界上商業(yè)化的ESEM。 ESEM不需要像傳統(tǒng)的SEM那樣在試樣室里有高水平的真空條件。飛利浦還在1996年收購(gòu)了一家捷克公司，Delmi S.R.O.。

圖5 （左圖）世界上的ESEM，1978年在澳大利亞由Danilatos博士制造，（右圖）收購(gòu)ElectroScan后推出的帶場(chǎng)發(fā)射電子槍的ESEM

      環(huán)境掃描電子顯微鏡（ESEM）的發(fā)展發(fā)生在20世紀(jì)70年代末的新南威爾士大學(xué)（UNSW），當(dāng)時(shí)主導(dǎo)項(xiàng)目的Danilatos博士制定的計(jì)劃沒(méi)有得到充分支持，該儀器必須為另一個(gè)項(xiàng)目騰出空間，并搬出新南威爾士大學(xué)。在澳大利亞羊毛公司的財(cái)政支持下，從1983年至1986年，ESEM研究計(jì)劃轉(zhuǎn)移到了澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織（CSIRO）的紡織物理部門。然而，即使在那里，ESEM也沒(méi)有充分發(fā)揮其潛力，Danilatos和他的設(shè)備不得不再次離開。與此同時(shí)，ElectroScan公司剛剛在美國(guó)成立，以生產(chǎn)Danilatos自1978年以來(lái)一直研發(fā)的ESEM產(chǎn)品。在美國(guó)的財(cái)政支持下，加上CSIRO向Danilatos無(wú)限期購(gòu)買所有設(shè)備，ESEM研究實(shí)驗(yàn)室在澳大利亞新南威爾士州北邦迪成立。由于另一次搬遷，體積龐大的ESEM原型無(wú)法在2002年之后進(jìn)行維護(hù)，Danilatos在與之合作了24年之后，試圖將其捐贈(zèng)給發(fā)電廠博物館，以供保存和可能的展示。

      基于Danilatos的ESEM原型的商業(yè)模型（ElectroScan生產(chǎn)）出現(xiàn)于1988年。飛利浦電子光學(xué)公司在1996年7月11日收購(gòu)了ElectroScan，并于1997年2月21日與FEI合并，更名為FEI公司?，F(xiàn)在有數(shù)千種ESEM在使用；任何從事生物或環(huán)境模式研究的研究機(jī)構(gòu)都離不開ESEM。

圖6賽默飛ESEM產(chǎn)品演變路線，有著30多年的商業(yè)化技術(shù)底蘊(yùn)

      在其作為一個(gè)擴(kuò)大的公司運(yùn)作的首年，F(xiàn)EI的銷售額達(dá)到了1.68億美元。它是一個(gè)全球性的企業(yè)，在美國(guó)、荷蘭和捷克都布置有工廠。FEI也開始從設(shè)備制造商過(guò)渡到定制解決方案的供應(yīng)商。事實(shí)上，其收入的近四分之一來(lái)自于服務(wù)和零部件。

      1998年，F(xiàn)EI的領(lǐng)導(dǎo)層發(fā)生了變化，Vahe Sarkissian被任命為總裁和執(zhí)行官。Swanson繼續(xù)擔(dān)任董事長(zhǎng)。Sarkissian是一位經(jīng)驗(yàn)豐富的管理者，他曾是硅谷集團(tuán)的總裁和運(yùn)營(yíng)官，也是一家電子束氣象學(xué)公司Metrologix的總裁和執(zhí)行官。在新任CEO領(lǐng)導(dǎo)下的一年，F(xiàn)EI推出了兩個(gè)新產(chǎn)品系列：Tecnai透射電子顯微鏡和用于芯片制造過(guò)程控制的xP860雙束系統(tǒng)。傳統(tǒng)上，F(xiàn)EI的產(chǎn)品一直用于實(shí)驗(yàn)室，但現(xiàn)在它們將從實(shí)驗(yàn)室走向 "工廠"。因此，F(xiàn)EI系統(tǒng)的市場(chǎng)急劇上升，公司也采取了措施，以更快地發(fā)展其業(yè)務(wù)。

圖6  FEI推出了兩個(gè)新產(chǎn)品系列：Tecnai透射電子顯微鏡和用于芯片過(guò)程控制的xP860雙束系統(tǒng)

      1998年12月，F(xiàn)EI同意收購(gòu)位于馬薩諸塞州皮博迪的Micrion公司，這筆7000萬(wàn)美元的現(xiàn)金和股權(quán)交易于1999年完成。Micrion公司擁有200名員工，生產(chǎn)FIB工作站，在1985年交付了其設(shè)備系統(tǒng)。Micrion公司主要專注于FIB市場(chǎng)的產(chǎn)品，而FEI公司則提供低端和系統(tǒng)，他們經(jīng)常爭(zhēng)奪相同的業(yè)務(wù)，因此，通過(guò)合并，他們?cè)贔IB市場(chǎng)上形成了近乎壟斷的局面。這種合并實(shí)際上符合客戶的利益，客戶希望與更少的公司打交道，并希望FEI和Micrion在FIB領(lǐng)域能夠?yàn)樗麄兲峁┚C合的解決方案。

圖7 賽默飛雙束FIB-SEM產(chǎn)品演變路線，有著近30年的商業(yè)化技術(shù)底蘊(yùn)

      隨著Micrion的加入，F(xiàn)EI在1999年的銷售額增加到了2.16億美元以上。1999年的另一個(gè)重要進(jìn)展是與東京電子有限公司簽訂了分銷協(xié)議，這一聯(lián)盟擴(kuò)大了FEI的產(chǎn)品線，同時(shí)增加了新的市場(chǎng)。2000年的收入增加到3.203億美元，2001年為3.76億美元。FEI還在2001年舉行了一次廣受歡迎的股權(quán)二次發(fā)行，為公司凈賺8930萬(wàn)美元，其中大部分被用作增加研究和開發(fā)的開支。作為發(fā)行的一部分，飛利浦還出售了其在FEI的部分權(quán)益，這樣它就不再擁有控股權(quán)。然而，由于擁有31%的股份，飛利浦仍然是FEI努力的重要投資者和支持者。

      FEI受到了半導(dǎo)體行業(yè)嚴(yán)重衰退的不利影響，但由于其系統(tǒng)在工業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越多，因此比大多數(shù)設(shè)備供應(yīng)商表現(xiàn)得更好。半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)的整合仍在繼續(xù)，2002年FEI幾乎成為這一趨勢(shì)的一部分，當(dāng)時(shí)與Veeco Instruments Inc.達(dá)成協(xié)議，以近10億美元的股權(quán)出售FEI，這一交易將導(dǎo)致該領(lǐng)域第六大公司的誕生。然而，這一合并從未實(shí)現(xiàn)，在2003年1月被放棄。同時(shí)，F(xiàn)EI采取了措施來(lái)鞏固其與俄勒岡州的關(guān)系，同意在希爾斯伯勒購(gòu)買一個(gè)超過(guò)160畝的園區(qū)，計(jì)劃在那里的五座建筑中雇用350名員工，包括一個(gè)超過(guò)10000平方米的制造和研發(fā)設(shè)施以及一個(gè)6300平方米的辦公設(shè)施。

      2002年的收入為3.41億美元，F(xiàn)EI繼續(xù)擴(kuò)大其產(chǎn)品范圍，并使其市場(chǎng)多樣化，在2003年完成了一對(duì)戰(zhàn)略收購(gòu)，購(gòu)買了用于制造和半導(dǎo)體制造產(chǎn)量的軟件產(chǎn)品系列，并收購(gòu)了激光蝕刻產(chǎn)品制造商Revise公司。

      FEI在2004年表現(xiàn)強(qiáng)勁，銷售額增加了29%，達(dá)到4.657億美元，凈收入從720萬(wàn)美元提高到1660萬(wàn)美元。這一年，Swanson也退休了，他把董事長(zhǎng)的位置交給了Sarkissian。

      Swanson退休后，F(xiàn)EI繼續(xù)在電鏡市場(chǎng)上揚(yáng)名立萬(wàn)，推出了很多行業(yè)發(fā)展的產(chǎn)品。2004年使用配有單色器和球差矯正器的透射電鏡200KV TecnaiTM，突破了透射電鏡分辨率1?的極限。2005年推出全球功能強(qiáng)大的商用透射電鏡TitanTM 80-300KV（S/TEM），其分辨率可達(dá)亞埃級(jí)。2006年美國(guó)能源部專用帶像差矯正透射電鏡（TEAM）交付，分辨率達(dá)到0.5?。2008年發(fā)布一款高分辨率的掃描電鏡Magellan XHR,其在低束流（低射束能量）模式下可達(dá)亞納米級(jí)分辨率。2016年，賽默飛以42億美元收購(gòu)了正處上升期的FEI。FEI系列電鏡從此改名為Thermo Scientific（賽默飛）電鏡系列。

      FEI的強(qiáng)項(xiàng)不用說(shuō)，ESEM、SEM-FIB、TEM以及帶單色器FE-SEM都屬于優(yōu)質(zhì)水準(zhǔn)。在收購(gòu)了FEI電鏡之后，Thermo Scientific在2020年又推出了兩款區(qū)別于行業(yè)特點(diǎn)的掃描電鏡產(chǎn)品：搭載ColorSEM實(shí)時(shí)能譜的常規(guī)鎢燈絲電鏡Axia（更具創(chuàng)新性）以及綜合性能優(yōu)異和高性價(jià)比的肖特基場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡Apero2。

圖8 (左圖) Axia鎢燈絲掃描電鏡和（右圖）Apero2場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡

      在體驗(yàn)過(guò)這兩款設(shè)備的操作與成像表現(xiàn)后，在這里想向大家簡(jiǎn)單介紹其設(shè)計(jì)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，限于篇幅，詳細(xì)的技術(shù)與操作就不贅述。

Axia的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1、單孔光闌設(shè)計(jì)，高低電壓切換不需要合軸

對(duì)于很多不太熟悉SEM操作的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不同加速電壓切換時(shí)，要得到清晰的圖片，成像所需要的時(shí)間一半多都消耗在了合軸上，而不需要合軸的設(shè)計(jì)能極大的提升工作效率。

2、ColorSEM實(shí)時(shí)能譜設(shè)計(jì)，真正讓能譜檢測(cè)“如影隨形"

傳統(tǒng)的能譜軟件和電鏡軟件相互獨(dú)立，需要通過(guò)程序來(lái)鏈接彼此，通常需要采集的過(guò)程，而ColorSEM實(shí)時(shí)能譜是通過(guò)更新計(jì)算方法，將背散射電子圖像灰度值與特征X射線的電子強(qiáng)度值相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了能譜和電鏡軟件一體化，在非常短的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)直接得出元素的定性和定量關(guān)系以及元素的分布圖，也極大了的提高了工作效率。另外，在面對(duì)含量不高的未知相或雜質(zhì)分布的時(shí)候，傳統(tǒng)的采集方式猶如大海撈針，而實(shí)時(shí)能譜能讓尋找未知相變得事半功倍。

3、樣品臺(tái)減速

過(guò)去傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為，常規(guī)鎢燈絲電鏡的低電壓（＜5KV）是很難上高倍數(shù)的，比如5萬(wàn)倍（底片倍數(shù)）。但樣品臺(tái)減速的設(shè)計(jì)可以提升低電壓的分辨率，在觀察導(dǎo)電性較差樣品表面細(xì)節(jié)或納米材料時(shí)，變得得心應(yīng)手。

4、烘箱式倉(cāng)門設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的抽屜式倉(cāng)門限制了大樣品在樣品底座的擺放，通常需要將倉(cāng)門拉到遠(yuǎn)處，長(zhǎng)期如此，連接倉(cāng)門的線纜極容易出現(xiàn)故障。而烘箱式倉(cāng)門的設(shè)計(jì)不僅避免這類故障，同時(shí)能方便的擺放各類異形的樣品，比如一些失效分析的金屬部件。

圖9 Axia樣品倉(cāng)及各類探測(cè)器視圖

圖10 （左） 木材，12X（右）陽(yáng)極氧化鋁孔 50K X

圖11（左） VP模式 100Pa 50K X，（右）碳納米管 100K X

Apero2的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1、T1探測(cè)器的設(shè)計(jì)

如何避免非導(dǎo)電樣品的荷電效應(yīng)一直是高分辨成像的難題，高分子和生物類樣品，還容易受到電子束的損傷。常規(guī)噴金手段所使用的黃金和白金靶材，其顆粒都會(huì)掩蓋納米顆粒的細(xì)節(jié)。利用背散射探測(cè)器可以抑制荷電效應(yīng)，但傳統(tǒng)的半導(dǎo)體探測(cè)器有能量閾值的限制，在小于2kev加速能量時(shí)，幾乎采集不到信號(hào)。而T1探測(cè)器不存在能量閾值，且設(shè)計(jì)在極靴附近的位置，充分利用背散射電子空間發(fā)射的特點(diǎn)，在低電壓和低束流下也擁有非常好的信噪比，在材料科學(xué)與生命科學(xué)領(lǐng)域，有著優(yōu)異的成像表現(xiàn)。

圖12 （左圖）氧化鋁增強(qiáng)氧化鋯陶（右圖）溶菌酶-納米銀復(fù)合材料，黃色圓圈位置，可見尺寸約5nm左右銀顆粒

2、工作距離WD10mm下的高分辨成像

能譜采集和高分辨成像的條件是相互沖突，很多時(shí)候，不能在高分辨的模式（比如WD=4mm）下兼顧能譜儀的采集計(jì)數(shù)率。在實(shí)際操作時(shí)，往往也會(huì)碰到很多高度不統(tǒng)一的樣品，過(guò)短的WD存在碰撞極靴的風(fēng)險(xiǎn)，大工作距離的高分辨成像就變的有實(shí)際意義。如圖13所示，即使在WD=10mm情況下，依舊輕松上到10萬(wàn)倍（底片），1KV下依舊能觀察到磁性粉末表面的納米顆粒細(xì)節(jié)。

3、免費(fèi)的大面積拼圖軟件

大面積拼圖軟件的好處不必多說(shuō)，從成像策略角度看，相當(dāng)于錦上添花。

圖13 （左圖） 磁性粉末樣品，WD=4mm， 100Kx（右圖） 磁性粉末樣品，WD=10mm， 100Kx

圖14  Apero2的探測(cè)器位置設(shè)計(jì)及其成像特點(diǎn)

在產(chǎn)品的更新迭代上，賽默飛電鏡一直傳承了飛利浦和FEI的高性能與用戶體驗(yàn)兼顧的設(shè)計(jì)理念，發(fā)布了多款在業(yè)內(nèi)有口皆碑的設(shè)備。如今，Thermo Scientific擁有電子顯微鏡市場(chǎng)的高份額，在各行各業(yè)提供全面、優(yōu)異的各類電子顯微鏡產(chǎn)品。

參考資料

1.  Earnshaw, Aliza, "FEI Puts Market Ahead of Products in Culture Change," Portland Business Journal, October 17, 2005.

2.  "FEI's Strategy for Reaching Big Leagues," Portland Business Journal, August 18, 2003.

3. Fasca, Chad, "FEI, Micrion to Merge," Electronic News, December 7, 1998, p. 4.

4. Graham, Jed, "FEI Emerges As Defect Hunter," Investor's Business Daily, May 1, 2001, p. A04.

5. McIntyre, Jo, "FEI Is One of the Eyes of the Nan Science and Business Boom," smalltimes, November 17, 2003.

6. Opdyke, Jeff D., "FEI CO. Is Moving Out of the Land and into New Growth Prospects," Wall Street Journal, January 13, 1999, p. NW2.

7. Pointer, Starla, "A Lead in His Field," News-Register (McMinnville, Ore.), May 14, 2005.

8. Saarinen, Yvette, "Field Emissions Research Finds a Home in Mac," News-Register (McMinnville, Ore.), November 4, 2000.

9. H. Orloff, L.W. Swanson & M.W. Utlaut, High Resolution Focused Ion Beams: FIB and its Applications: The Physics of Liquid Metal Ion Sources and Ion Optics and Their Application to Focused Ion Beam Technology, 2003 Edition, Springer, 2003,

10. "Thermo Fisher Scientific Completes Acquisition of FEI Company" Press Release, 19-09-2016,  Retrieved 20 December 2016.

11. Hawkes P. A souvenir of Philips electron microscopes[J]. 2001.

12. Le Poole J B. Early electron microscopy in the Netherlands[M]//The Beginnings of Electron Microscopy. Academic Press Orlando, 1985, 16: 387-416.

13. Van Iterson W. 2.10 Electron Microscopy in the Netherlands: 2.10 A Earliest Developments[M]//Advances in Imaging and Electron Physics. Elsevier, 1996, 96: 271-285

14. . 顯微傳:清晰的納米世界[M]. 清華大學(xué)出版社, 2015.