原子力显微镜简介

《原子力显微镜简介》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、1.原子力显微镜的发展历史2.原子力显微镜的基本原理原子力显微镜简介•三维扫描控制3.原子力显微镜的要素•控制电路•振荡隔离系统•微悬臂形变检测方法•微悬臂的设计思想及制作方法杨延莲4.原子力显微镜的操作模式•基本成像模式•派生成像模式国家纳米科学中心•谱学模式2007.3.305.原子力显微镜的针尖卷积效应与图像假像6.原子力显微镜的应用进展m肉眼可见10-3mm光学显微镜原子力显微镜的发展历史10-6μm扫描电镜10-9nm扫描探针显微镜扫描隧道显微镜(STM)的发明和原理1982年，IBM苏黎世

2、实验室的G.Binnig博士和H.Rohrer博士及其同事们发明了STM扫描扫描氙原子在镍(110)表面铜(111)表面上的铁原子量子围栏II排成的最小IBM商标扫描示意图一次扫描ZI铁原子在铜(111)表面铂表面上一氧化碳分子搬走原子写“中国”排成的汉字排成的“纳米人”1原子力显微镜(AFM)的发明原子力显微镜的派生功能由于STM是利用隧道电流进行表面形貌及表面电子结构性质的研究，所以只能直接对导体和半导体样品进行研究，不能摩擦力显微镜（FFM）用来直接观察和研究绝缘体样品和有较厚氧化层的样品。磁力

3、显微镜（MFM）导电AFM（CAFM）静电力显微镜（EFM）©1986年Binnig、Quate和Gerber发明了第一台原子力显表面电势成像（SPimaging）微镜扫描电化学显微镜（SECM）扫描电容显微镜（SCM）©1987年Quate等人获得了高定向热解石墨（HOPG）的扫描热显微镜（SThM）高分辨原子图像©1987年，Quate等人获得了高定向热解氮化硼这些新型的显微镜，都利用了反馈回路通过针尖和样品的某种作（HOPBN）表面的高分辨原子图像，其中HOPBN是第一个用（光、电、热、磁、力等

4、）来控制针尖在距表面一定距离处扫描，从而获得表面的各种信息。用AFM获得原子分辨图像的绝缘体。AFM利用的基本原理间歇接触原子力显微镜的基本原理在原子力显微镜的系统中，是有几种典型的相互作用利用微小探针与待测物之间的力可以作为AFM的检测相互作用力，来研究待测物表信号：范德华力，静电面的形貌和物理化学特性。力、磁力等原子力显微镜的工作原理恒力和恒高扫描成像激光针尖和样品之间的力F恒力扫描恒高扫描与微悬臂的形变Δz检测器F＝k·Δz扫描示意图微悬臂针尖与显示器样品ZF计算机和反馈控制ZXY压电陶瓷扫描管

5、2三维扫描控制所谓压电效应是指某些晶体材料在受到机械力作用发生形变时，会产生电场，或给晶体加一电场时，会产生物理形变的现象。PZT压电陶瓷能简单地将1mV~1000V的电压信号转换成十几分之一纳米到数微米的机械位移，完全满足SPM三维扫描控制精度的要求原子力显微镜的要素压电陶瓷管压电三脚架双层压电晶片微加工的压电驱驱动的三脚架动器，可进行纵结构向、横向、垂直弯曲及扭转运动控制电路振动隔离系统振动源：建筑物振动（10－100Hz）减震系统的设计：通风管道、变压器和马达（6－65Hz）1－100Hz之间的

6、振动人走动（1－3Hz）声音等提高仪器的固有振动频率和使用振动阻尼系统AFM刚性的结构设计:尽可能高的共振频率fs。刚性越大，对外部减震系统的要求就越低，因为由刚体的固有结构阻尼产生的滞后损失可以有效地散逸外界振动。振动隔离系统:固有频率越低，振动隔离效果越好。接触模式非接触模式•弹簧-阻尼系统间歇接触模式•平板－弹性体堆垛系统•充气平台微悬臂形变检测方法微悬臂的设计--分辨率和噪音水平针尖和样品之间的力F与微悬臂的形变Δz自由•很小的力常数一般为0.01～100N/mF＝k·Δz，其中，k为微悬臂的

7、力常数微悬臂变形量的检测灵敏度可以达到nm量级，这样针尖与样品之排斥间零点几个纳牛顿（nN）作用力的变化就可以被检测到1.隧道电流检测法2.电容检测法吸引•共振频率必须足够高，减小振动和声波的干扰(>10kHz)3.光学干涉法4.光束偏转法•微悬臂的长度要短，质量要小，以满足低20.314EI3EIk=9.57力常数和高共振频率ρLSf2=9.57Mf的2分辨率信噪比要求f=L4ρSk=3L隧道电流高，Z向0.01nm低针尖的污染，热振动、热漂移•微悬臂要有较高的横向刚性电容法高，Z向0.01nm低抗

8、噪音水平低•非固定端带有一个纵横比较高的尖锐针尖光学干涉法高，z向0.001nm高灵敏度和信噪比都高，设备复杂原理和技术简单，精度也较高，适用•光学偏转法检测微悬臂位移的仪器，要求微悬臂的背面有平滑的光束偏转法较高，z向0.003nm高范围广光学反射面3微悬臂的制作各种微悬臂SPM仪器的结构原子力显微镜的操作模式AFM的分类原子力显微镜的常见的几种操作模式ò接触式AFM可能获得原子分辨图像。ò由于表面摩擦和粘滞可能会有假象。ò可能会使表面变形，针尖容易磨