金属分析方法第五讲 - 扫描探针显微镜SPM

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1、材料学中常用的分析方法InstrumentalAnalysisinMaterialsScience北京科技大学材料科学学院唐伟忠Tel:62334144E-mail:wztang@mater.ustb.edu.cn第五讲扫描探针显微镜(SPM)：扫描隧道显微镜,STM原子力显微镜,AFM磁力显微镜,MFM近场扫描光学显微镜,NSOM…光学、电子显微镜的分辨率极限Abbe定律在远场同时成象的条件下，其分辨率d/2:对光学显微镜，500nm;对电子显微镜，0.0035nm(100kV)克服这一极限的一种方法：SP

2、M类的方法ScanningProbeMicroscope(SPM)——中国·北京中科奥纳科技有限公司Nspm-6800型扫描探针显微镜(STM/AFM)ScanningProbeMicroscope(SPM)——中国·上海爱建纳米科技发展有限公司AJ-III型原子力显微镜(AFM)SPM:特指80年代以来发展起来的一类nm量级的超显微分析手段典型的SPM(扫描探针显微镜)的组成SPM的主要组成部分：1.超显微,近距离探针2.微位移扫描装置3.特定物理、化学特性为探测对象四象限光电探测传感器典型SPM的测量物理特性随距离的变化ST

3、M：隧道电流AFM：原子间力SNOM：光通量SPM的共同特点：其分辨本领不再受相应物理机制的波长所限，而是取决于探针尖端的尺寸、探针与样品间的距离。扫描样品表面,顺序成象的方法也使克服Abbe定律的限制成为可能。如:STM的分辨本领0.1nm达到/10(电子波长1.0nm)NSOM的分辨本领30nm达到/200(可见光长500nm)SPM技术的发展年表（已发展了20余种SPM)————————————————————方法（年代）进展————————————————————1扫描近场光学显微镜的概念(1928)

4、2扫描近场光学显微镜概念的重新提出(1956)3扫描声波“显微镜”的原理性实验(1956)(=14cm)4扫描微波“显微镜”的原理性实验(1972)(=3cm)————————————————————5扫描隧道显微镜(1981)导体表面的原子象6扫描近场光学显微镜(1982)50nm的光学分辨率7扫描电容显微镜(1984)500nm的电容差8扫描热显微镜(1985)50nm的热成象————————————————————SPM技术的发展年表（续）————————————————————方法（年代）进展————————————

5、————————9原子力显微镜(1986)导体/非导体的原子象10扫描引力显微镜(1987)5nm的表面非接触成象11磁力显微镜(1987)100nm磁场梯度分布12摩擦力显微镜(1987)表面切向摩擦力场分布13静电力显微镜(1987)原子水平电场梯度分布14非弹性隧道谱显微镜(1987)STM中分子的声子谱15激光激发扫描隧道显微镜(1987)STM中光波的非线性混波成象16激光共聚焦扫描显微镜(1987)激光诱发荧光效应————————————————————SPM技术的发展年表（续）———————————————————

6、—方法（年代）进展————————————————————17弹道电子发射显微镜(1988)nm尺度肖特基势(BEEM)垒特性的探测18逆变光发射显微镜(1988)nm尺度上的荧光谱19近场声显微镜(1989)10nm尺度的低频声测量20扫描噪声显微镜(1989)无偏置的隧道显微镜21扫描自旋进动显微镜(1989)1nm的顺磁自旋成象22扫描离子电导率显微镜(1989)500nm电解质成象23扫描电化学显微镜(1989)溶液电化学反应引发的形貌变化————————————————————SPM技术的发展年表（续）————————

7、————————————方法（年代）进展————————————————————24吸附显微镜/吸附谱(1989)1nm尺度的吸收成象与吸收谱25扫描化学势显微镜(1990)原子尺度的化学势成象26光电压扫描隧道显微镜(1990)10nm的光电压成象27开尔文探针力显微镜(1991)10nm尺度的接触电势28无光阑近场光学显微镜(1994)1nm分辨率光学成象……————————————————————1.扫描隧道显微镜STMSTM的主要组成部分：微探针压电驱动器探测对象：隧道电流扫描隧道显微镜STM样品探针间的隧道电流I

8、exp(-2kd)探针高度d4Å时，I1nAd增加1Å时，I降低一个数量级STM的技术要素1.超显微,近距离的导体探针2.压电微位移扫描装置3.以隧道电流随探针距离变化为探测对象和反馈机制金属样品与探针表面的能级图样品与探针表面两者的能级图金属样品-探针表面