掃描電鏡生產(chǎn)廠家——TESCAN背后70多年的電鏡傳奇

　　通過TESCAN總部元老Bohumila Lencová在2021年首臺電子顯微鏡生產(chǎn)70周年慶典上的回憶，我們可以了解TESCAN泰思肯掃描電鏡的技術源流，領略到30多年的TESCAN泰思肯品牌背后70余年的技術積累，以及電鏡先驅(qū)們從6人技術團隊成長為如今世界級掃描電鏡生產(chǎn)廠家的成長與經(jīng)歷，這是一段傳奇的故事。

　　2000年，EUREM在捷克布爾諾舉辦，2014年ICEM在捷克布拉格舉辦，曾有人稱世界上大約30%的電鏡在布爾諾生產(chǎn)，這使得布爾諾獲得了“電鏡谷”的稱號。

　　本文作者為捷克共和國Tescan Brno的Bohumila Lencová，摘譯原文發(fā)布于2021年，為緬懷電子顯微鏡先驅(qū)——Delong、Draho?和Zoba?。

　　今年，我們在布爾諾慶祝了捷克斯洛伐克首臺電子顯微鏡生產(chǎn)70周年。Armin Delong描述的那些早些年間的事仿如昨日，如20世紀50年代末的一些往事、20世紀60年代年在布拉格舉行的歐洲電子顯微鏡大會（EUREM）的情景，以及20世紀70年代的一系列論文的進展等。圖1照片拍攝于1953年左右，照片上正是負責制造Brno電子顯微鏡的三個年輕人，當時他們?nèi)粌H28歲就被授予當時最高級別榮譽勛章之一的“工作榮譽勛章”。參與電鏡制造的還包括另外兩名技術人員，但由于相對年長并沒有呈現(xiàn)。同時，三位年輕人畢業(yè)所在系的系主任Ales Bláha教授也不在其中。正如Ladislav Zoba?在回憶錄中所描述，“我們并不確定自己是否應該得到這份榮譽，但軍事學院為了讓這一成果更加受到關注所以推動了這次榮譽授予?！碑敃r，他們在該學院從事教學工作，而Delong和Vladimir Draho?則剛開始各自的研究生學習階段。

　　圖1.png圖1從左到右：Armin Delong,Vladimir Draho?和Ladislav Zoba?

　　1951年，軍事學院接管了布爾諾理工大學的部分工作，迫使Bláha教授離開了布爾諾理工大學，并取消了他的教授頭銜。隨后，Bláha搬到Bratislava，在那里繼續(xù)從事其教學和研究。留在軍事學院或攻讀博士學位是避免服兵役的一種安全方式，至少對Zoba?來說是這樣。Armin Delong,Vladimir Draho?和Ladislav Zoba?主要在Bláha建立的Scientific Workshop工作，后來這里成為Tesla Elektronik的研發(fā)中心，隨后成為捷克斯洛伐克科學院（CSAV）的研發(fā)中心，1957年又成為捷克斯洛伐克科學院科學儀器研究所（ISI）的一部分。在此要提一下Ferdinand Hercík院士，他從RCA獲得了第一個商用顯微鏡。并向Armin Delong,Vladimir Draho?和Ladislav Zoba?三人展示了這臺顯微鏡，因此他們成功地制作了一臺質(zhì)量與RCA顯微鏡相似的、最早的電子顯微鏡。除了仿造RCA設備之外，他們還設計了一個小型桌面顯微鏡。Hercík負責在Královopolská以及新建的Tesla工廠以南僅1公里的地方建造兩所毗鄰的學院，即生物物理學院和科學儀器研究所。他還積極參與了聯(lián)合國和教科文組織的工作。

prof.MUDr.,RNDr.Ferdinand Hercík生前留影（來自網(wǎng)絡）

　　在此也簡要概述一下捷克斯洛伐克當時的時代背景。捷克斯洛伐克是1918年在一戰(zhàn)后由前波希米亞、摩拉維亞、斯洛伐克（哈布斯堡君主制匈牙利部分的一部分）和后來被蘇聯(lián)吞并的喀爾巴阡烏克蘭組成的，雖然只持續(xù)了20年，但在這期間經(jīng)濟實現(xiàn)飛速增長。1938年秋天，納粹占領捷克和摩拉維亞之前，吞并了居住著近300萬德國人的蘇臺德地區(qū)；戰(zhàn)爭結(jié)束后，他們被迫大量離開該國前往德國。1939年3月，第一個斯洛伐克分裂，建立了自己的法西斯國家，其余的波希米亞和摩拉維亞被占領。大屠殺使8萬猶太人減少到只剩10%。這其中，很多教授是猶太裔，許多其他的捷克教授死于監(jiān)獄和集中營。在整個戰(zhàn)爭期間，這些大學從1939年11月開始關閉。因為大部分國家是由蘇聯(lián)軍隊解放的，戰(zhàn)爭還迫使許多年輕人加入共產(chǎn)黨。1947年，罕見的干旱開始蔓延，經(jīng)濟形勢低迷，但是戰(zhàn)后政府的共產(chǎn)黨拒絕了馬歇爾計劃的幫助，并從蘇聯(lián)換取了極少的糧食；這導致了1948年2月的共產(chǎn)主義政變，使這個國家成為蘇聯(lián)的衛(wèi)星國。同年晚些時候，由于被迫與社會民主統(tǒng)一，黨員的人數(shù)有所增加。政府、工廠甚至大學大多由共產(chǎn)黨候選人管理，并受到秘密警察和俄羅斯顧問的密切監(jiān)督。1968年，隨著經(jīng)濟的改善，人們期望國家會發(fā)生變化，向往“人性化的社會主義”，但最終被俄羅斯坦克所終結(jié)，后來就是大規(guī)模的移民。之后是“normalization”時期，許多改革派共產(chǎn)黨人不僅被開除黨籍，而且常被開除工作，這使他們的子女無法接受高等教育。

（二戰(zhàn)前捷克斯洛伐克民族分布，藍色為日耳曼，黃色為烏克蘭，兩個粉色為捷克、斯洛伐克）

　　在三位制造捷克斯洛伐克首臺顯微鏡的人當中，Armin Delong教授最為突出。Armin Delong出生于1925年1月，在戰(zhàn)后的第一年開始在布爾諾的理工大學（VTU）學習。在此之前，所有的大學都關閉了近六年。1957年，他（和Draho?）獲得了CSc（相當于博士學位）；1969年，他獲得了博士學位。他也是三人中最愛冒險的，也是唯一的黨員。1961年，他成為該研究所的所長（此后該研究所的所有所長均來自該所電子光學系）。在下一次革命——天鵝絨革命之前，他一直擔任所長?？茖W儀器研究所的其他部門包括核磁共振和冷凍核磁共振，以及用于測量的激光部門。1973年，他成為捷克斯洛伐克科學院的準會員，1981年成為捷克斯洛伐克科學院的正式成員。

Experimental transmission electron microscope-100 kV(1960)

（圖片來自網(wǎng)絡）

　　最大的電子光學系吸引了許多有才華的工程師和物理學家，包括一些博士生等，他們大多留在科學儀器研究所。他們繼續(xù)進一步開發(fā)顯微鏡，并且與Tesla展開合作。唯一糟糕的決定是“tsar microscope”，由于機械和電氣不穩(wěn)定，以失敗告終。而這個遠大的目標是在距離有軌電車或無軌電車約50米的環(huán)境下，實現(xiàn)電鏡分辨率盡可能接近1埃。20世紀60年代末，人們的興趣轉(zhuǎn)向了發(fā)射式電子顯微鏡（EEM），典型成果發(fā)表在《Nature》（1971年）和《Journal de Microscopie》上，并在電子顯微學學術大會上多次提及。EEM包含超高壓（UHV）樣品室、兩個磁性透鏡和一個發(fā)射槍等。很多技術包含：離子轟擊、樣品加熱、電子光譜等。超高壓環(huán)境允許觀察LEED模式，其尺寸與初始電子能量無關，相關成果在Nature、Optik中均有報道。

Emission electron microscope(1968)

　　Delong感興趣的另一個方向是在超高壓樣品室中進行離子束注入和hemispherical LEED（和俄歇譜儀）。1969年，Delong成為自然科學學院固體物理系的外部負責人，任期三年。當Delong開始回歸生活時，其對外的活動開始減少。他的大多數(shù)同事都是Delong的學生，其學生的大部分畢業(yè)論文主要關于EEM和表面物理。20世紀80年代末，Delong制作了一個5keV FEG微型TEM原型。Drahos的職業(yè)生涯持續(xù)得更順利，他在電氣工程學院以及BUT（現(xiàn)在的布爾諾理工大學）的儀器技術學院任教，用捷克語出版了兩本書和幾本學生讀物。1964年，他被授予博士學位。1968年，他成為BUT的教授。在科學儀器研究所（ISI），Drahos任職電子光學部門的主管和ISI的副主任。他開發(fā)了由Tesla生產(chǎn)的X13系列高分辨率TEM，并開發(fā)了自己研制的BS500和540常規(guī)TEM。

(Tesla解體后研發(fā)部經(jīng)理成立TESCAN；

左：1991年TESCAN剛成立之初的辦公樓；右：目前TESCAN總部大樓)

　　Drahos合作密切的同事是Ji?íKomrska，其學生包括Michal Lenc和Josef Podbrdsky。Komrska成為“normalization”時期的受害者之一，因此無法指導學生。因此Komrska建議我在Delong的監(jiān)督下取得畢業(yè)文憑。畢業(yè)后，我開始加入Draho?的小組，Draho?于1972年在曼徹斯特舉行的歐洲顯微鏡大會上做了邀請報告并和Tom Mulvey和Eric Munro進行了對話。之后，他讓我試著寫一個有限元法程序，我在六個月內(nèi)完成。我的第一個任務是改進BS500顯微鏡的性能，它沒能和BS540一樣運行。我很快發(fā)現(xiàn)，下極靴的畸形導致產(chǎn)生了一個附加場。我們也想開始設計一個新的TEM，但沒能成功。

　　Draho?的工作是電子干涉、衍射、全息、反射衍射系統(tǒng)，他很討人喜歡，關心同事。Draho?和Delong都精通法語、英語、德語和俄語。1968年，因為研究所人數(shù)增長過快，增加到了260人，主樓擴建了一座樓。在蘇聯(lián)占領的頭幾天，布爾諾廣播電臺在這棟大樓里播放了幾天，30年后才披露這件事，這一事件被稱為兄弟會幫助，民主德國軍隊甚至錯誤地被納入了計劃，但他們在第一天的24小時內(nèi)就撤出了。1974年，上級建議Tesla開始制造掃描電子顯微鏡。Tesla和科學儀器研究所同時在進行研發(fā)：Tesla搭建了一個帶有熱電子發(fā)射槍的系統(tǒng)；科學儀器研究所在Crewe的CwickScan的啟發(fā)下，從冷場發(fā)射開始嘗試。Delong曾經(jīng)的學生Kolarik成為了首席設計師，他完成一個非常巧妙的設計，包含兩個磁性透鏡、浸入上部透鏡中的FEG和配有Auger及EDAX光譜儀的超高真空樣品室。傳統(tǒng)的SE和BSE探測器的塑料材料不能用于超高真空，因此它被一種新型閃爍材料——摻Y(jié)AG Ce單晶所取代，后來摻Y(jié)AG Ce單晶也用于TEM屏幕。

The BS 350 scanning electron microscope(1976)

　　1978年冬天，Draho?患了嚴重的流感，第二年春天，他被診斷出患有癌癥，并于6月去世。Delong被逐出了布爾諾大學，之后開始在Olomouc舉辦講座。后來在1978年，我們五個沒有機會獲得博士學位的人都被授予一個有趣的頭銜——RNDr。不久之后，上級又提出了另一個要求，即東區(qū)需要改善半導體工業(yè)并使用電子束光刻技術。德意志民主共和國的耶拿開發(fā)了一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)過大且超出了標準尺寸。1978年，Delong和Kolarik參加了多倫多舉辦的國際電子顯微鏡大會（ICEM），會上他們受到了更穩(wěn)定的肖特基槍的啟發(fā)。直到1982年，五人組第一次共同參加了漢堡舉辦的ICEM，在那里展出了FEG SEM。在此之前，我們與國外聯(lián)系的唯一途徑是通過Tom Mulvey的協(xié)助，他經(jīng)常訪問科學儀器研究所并與我們分享他的想法和會議記錄。

圖2 Tesla公司生產(chǎn)的低溫FEG SEM BS350，但由科學儀器研究所開發(fā)

　　這些人中有兩個人是例外。Ji?íKomrska在1968年在阿斯頓大學待了幾個月，Podbrdsky在20世紀70年代末在坦佩的亞利桑那大學度過了幾個月。由于20世紀80年代初英國皇家學會交換計劃（Royal Society Exchange scheme）的出現(xiàn)，Podbrdsky在英國待了一個月，甚至我也能在1987年去英國訪問。1984年，電子束光刻系統(tǒng)（EBL）完成，其中有幾臺運到了蘇聯(lián)。它在15ke V電子束時電流為1μA，擁有6×6mm的視場、高達6.4×6.4μm的整形光束和0.1μm的分辨率。Tesla還為之前生產(chǎn)EBL的部分建造了一個技術博物館，現(xiàn)在變成了精心組織的Brno顯微鏡展覽。圖2中的SEM也包括在其中。Zoba?也在該研究所工作，他致力于引進特殊技術，如電子束焊接和超高壓鈦軌道泵等。這些技術是Delong公司超高壓設備所需要的。Zoba?也對醫(yī)療設備和冷凍技術感興趣。后來，Zoba?娶了一位科學儀器研究所出身的女士，并生下了一個兒子。Zoba?現(xiàn)在仍在科學儀器研究所工作。

　　2017年，Delong去世，Ladislav Zoba?在Delong去世一年后逝世。許多人因為天鵝絨革命對科學儀器研究所提出批評，甚至試圖趕走Delong。然而，1990年初，Delong成為捷克斯洛伐克的科學副總理。Delong的職業(yè)生涯并沒有持續(xù)太久，因為這個國家分裂為捷克和斯洛伐克（斯洛伐克只有在二戰(zhàn)期間才有自己的法西斯國家，歷史上他們是匈牙利的一部分）。此外，由于科研經(jīng)費大大減少，研究所的人數(shù)（260人）幾乎少了一半。很多人逐漸認識到他們對應產(chǎn)品技術的市場潛力，甚至試圖接管科學儀器研究所，而Tesla失去了大部分市場，之后被私有化并解體。

（Armin Delong教授生前，圖片來自網(wǎng)絡）

　　我當時在國外的帝國理工學院待了三個月（1987年）。一年后，我被邀請到帝國理工學院學習半年，但只得到了三個月的支持。在TU Delft，我順利得度過了三年，直到1991年秋天。1990年，在革命后的動亂中，Ji?íKomrska成為科學儀器研究所的所長，但他于秋季辭職并前往BUT。緊隨其后的是核磁共振部門的Josef Jelínek，他選Michal Lenc擔任副手，但不到六個月就得了重病。1992年，Lenc去了理論物理系。Autrata教授在擔任一年中級主管之后，成為科學儀器研究所所長，直到2006年去世。Sklenar、Kasal、Komrska、Lenc等幾位教授在離開科學儀器研究所后開始了學術生涯，人數(shù)與留在那的教授相同。

　　1994年，我開始在BUT的機械工程學院與Komrska在同一系兼職任教，指導16個研究生。2006年，我晉升教授。在完成最后一個項目后，我離開科學儀器研究所并開始在Tescan工作。接下來的兩任研究所負責人是Ludek Frank和Ilona Mullerová。即使是在Tesla公司倒閉、科學儀器研究所減員的情況下，布爾諾的電子顯微鏡時代也并未就此結(jié)束。1990年，市面上出現(xiàn)了三家公司，他們的員工來自Tesla和科學儀器研究所。最初，Tescan接管了Tesla的SEM部分，Tescan從最初的六個人成長到近百倍的規(guī)模。另一組約20人也成立了一家公司Delmi，并開始生產(chǎn)名為Morgagni的常規(guī)TEM，Delmi隨后被飛利浦EO/FEI公司收購。2015年，F(xiàn)EI被賽默飛世爾科技公司收購。1990年同年，Kolarik及其同事成立了Delong Instruments公司。

（1960s Tesla布爾諾變換紅外光譜儀顯微鏡、科學設備別針徽章）

　　2000年，EUREM在捷克布爾諾舉辦，2014年ICEM在捷克布拉格舉辦，曾有人稱世界上大約30%的電鏡在布爾諾生產(chǎn)，這使得布爾諾獲得了“電鏡谷”的稱號。

　　彼時，也正是TESCAN成立30周年慶。

　　TESCAN前身為TESLA，最初以軍用雷達、通訊裝備和民用電子設備制造為主。1951年，當TESLA生產(chǎn)出其第一臺商品化電子顯微鏡Tesla BS 241時，注定其不平凡的下半生。前文提到1991年，TESLA私有化并解體。這一年，對于研發(fā)部經(jīng)理Klima來說，是十分重要的人生階段，在此期間，他立志將電子顯微鏡作為畢生的追求，于是聯(lián)合其他4名技術人員，在捷克布爾諾共同創(chuàng)立TESCAN，從此開啟了往后的一路精彩。

　　從最初的幾個創(chuàng)始人至今，TESCAN已在全球范圍內(nèi)建立銷售服務網(wǎng)絡，并在捷克、法國和美國擁有5家研發(fā)中心、2個生產(chǎn)基地，以及7家海外子公司，銷售額基本保持每年20%以上的增長率，2023年同比增長超30%。當然，TESCAN的成就也離不開合作伙伴的全力支持！

　　TESCAN一直以成就客戶為己任，這些年泰思肯中國陸續(xù)開展了“電鏡啟明星”計劃青年基金項目，成立TESCAN學術委員會，與院校、企業(yè)聯(lián)合設立聯(lián)合實驗室，舉辦第一屆聯(lián)用技術論壇，努力打造“開放賦能，成就客戶”的服務戰(zhàn)略。