扫描探针显微镜SPM、SEM、AFM

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1、扫描探针显微镜SPMSPM-9500J3简介-历史STM---1992年，IBM的苏黎世实验室中由Binnig和Rohrer发明。（1986年诺贝尔物理奖奖）AFM---1986年，斯坦福大学由Binnig,Quate和Gerber等人发明SPM---LFM(摩擦力显微镜)，SVM(粘弹性显微镜)，MFM(磁力显微镜)，EFM(静电力显微镜)，CFM(化学力显微镜)简介-分类SPM(ScanningProbeMicroscopy)STM(ScanningTunnelingMicroscopy)SF

2、M(ScanningForceMicroscopy)AFM(AtomicForceMicroscopy)LFM(LateralForceMicroscopy)MFM(MagneticForceMicroscopy)EFM(electricForceMicroscopy)CFM(ChemicalForceMicroscopy)SPM仪器构造STM振动隔绝系统机械设计-隧道针尖与样品间的隧道电流#计算机控制系统AFM振动隔绝系统机械设计-力传感器与微悬臂的检测#计算机控制系统振动隔绝系统两种类型扰动振动

3、---重复性和周期性冲击---瞬态变化适用方法提高仪器固有频率使用震动阻尼常用减震系统合成橡胶冲垫-降低大幅冲击，共振频率10~100Hz弹簧悬挂-共振频率小~0.5Hz磁性涡流阻尼-体系质量和自然频率相对底时，涡流阻尼系数r=9.69x10-9BLS/p气动弹簧减震台-0.5Hz振动隔绝系统仪器噪音源散粒噪音负载电阻的Johnson噪音激光相对强度噪音激光相位噪音悬臂的热噪音振动隔绝系统一般以100Hz区分高/低频振动0-1kHz频带内的激震影响，高频段影响甚微机械设计三维扫描控制器扫描针尖三维扫

4、描控制器针尖与样品位置粗调爬行方式-利用静电力，机械力或磁力的夹紧并配合压电陶瓷的膨胀和伸缩，真空中机械调节方式-单个或多个高精度差分调节螺杆配合减速原理，可手动或步进电机，大气环境中适用螺杆与簧片结合方式-高精度调节螺杆顶住差分弹簧或簧片系统来调节，低温条件下三维扫描控制器微调定位（压电陶瓷材料）三角架型，早期使用单管扫描器十字架配合单管型，可以在一定程度上补偿热漂移的影响三维扫描控制器悬臂与针尖（力传感器）STM针尖铂铱合金针尖，圆锥型AFM悬臂与针尖（力传感器）Si3N4金字塔型针尖长方形或V

5、型悬臂力传感器要求低的力弹性常数高的力学共振频率高的横向刚性短的悬臂长度传感器带有镜面或电极（光学或隧道电流检测）尽可能尖锐的针尖悬臂与针尖（力传感器）悬臂与针尖（力传感器）悬臂与针尖（力传感器）悬臂与针尖（力传感器）扫描方式STM恒电流模式恒高度模式I~Vbexp(-AΦ1/2S)I-隧道电流Vb-针尖和样品间的偏置电压A-常数Φ~½(Φ1+Φ2)Φ1,Φ2分别为针尖和样品的功函数S-针尖和样品之间的距离STM扫描方式扫描方式AFM接触式(contactmode)，1~10nm(斥力)，10-8~

6、10-11N非接触式(noncontactmode)，5~20nm（范德华力）轻敲式(tappingmode)，>20nm，10-9~10-12N悬臂检测方式隧道电流电容法光束反射法扫描方式AFM扫描方式AFM微悬臂的光束反射法探测SPM探测参数及水平分辨率SPM9500-J3主要参数TiO2-PtDynamicModeTiO2-PtDynamicModeTiO2-PtDynamicModeTiO2-PtDynamicModeAlNAlNAlNAlN高分子膜高分子膜NH4Cl枝晶NH4Cl枝晶NH4

7、Cl枝晶NH4Cl枝晶牙齿牙齿MFM