扫描探针显微镜(SPM)原理简介及操作(修正版).pdf

《扫描探针显微镜(SPM)原理简介及操作(修正版).pdf》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、扫描探针显微镜（SPM）原理简介庞文辉2012.2.22一、SPM定义扫描探针显微镜（ScanningProbeMicroscope，SPM）是扫描隧道显微镜及在扫描隧道显微镜的基础上发展起来的各种新型探针显微镜（原子力显微镜AFM,激光力显微镜LFM，磁力显微镜MFM等等）的统称，包括多种成像模式，他们的共同特点是探针在样品表面扫描，同时针尖与样品间的相互作用力被记录。SPM的两种基本形式：1、扫描隧道显微镜（ScanningProbeMicroscope,STM）2、原子力显微镜（AtomicForceMicroscope,AFM）AFM有两种主要模式：接触模式（contactmod

2、e）轻敲模式（tappingmode）SPM的其他形式：侧向摩擦力显微术（LateralForceMicroscopy）磁场力显微镜（MagneticForceMicroscope）静电力显微镜（ElectricForceMicroscope）表面电势显微镜（SurfacePotentialMicroscope）导电原子力显微镜（ConductiveAtomicForceMicroscope）自动成像模式（ScanAsyst）相位成像模式（PhaseImaging）扭转共振模式（TorisonalResonanceMode）压电响应模式（PiezoRespnanceMo

3、de）„„二、STM原理及应用基于量子力学中的隧穿效应，用一个半径很小的针尖探测被测样品表面，以金属针尖为一电极，被测固体表面为另一电极，当他们之间的距离小到1nm左右时，形成隧道结，电子可从一个电极通过量子隧穿效应穿过势垒到底另一个电极，形成隧穿电流。在极间加很小偏压，即有净隧穿电流出现。隧穿电流与两极的距离成指数关系，反馈原理是采用横流模式，当两极间距不同（电流不同），系统会调整Z轴的位置从而成高度像。应用范围：导电样品形貌像扫描隧道谱（STS）三、AFM原理及应用AFM的反馈原理：探针在样品表面扫描，针尖顶部原子的电子云压迫样品表面原子的电子云时，会产生微弱的排斥力，如：范德华

4、力、静电力等，力随样品表面形貌的变化而变化。同时针尖与样品表面的相互作用力被记录，通过激光光束探测针尖的位移，从而得到样品的形貌。接触模式（contactmode）反馈原理：针尖与样品距离比较近，靠悬臂梁的偏折量反馈，扫描过程中要保持恒定的偏折量，当样品表面的高低变化时，悬臂的偏折量也会随之变化，要保证恒定的偏折量，就要改变Z轴的位置从而成高度像。轻敲模式（tappingmode）反馈原理：扫描过程中悬臂以一定的频率和振幅在振动，轻敲模式靠振幅反馈，扫描过程要保持恒定的振幅，当样品表面高低变化时，悬臂的振幅也会随之变化，要保证恒定的振幅，就要改变Z轴的位置从而成高度像。两者的优势和劣势

5、：接触模式扫描速率快，适合做一些相对比较粗糙的样品，且对样品表面和针尖的损伤都较大，成像质量不如轻敲模式。轻敲模式的扫描速率相对较慢，适合测试比较平整的样品，对样品盒针尖的损伤较小，图像质量好。四、压电扫描器压电陶瓷的伸缩量与所加的电压成非线性关系，存在滞后效应和老化效应。经过校正系统已经把这种非线性效应考虑进去并消除。扫描过程中，样品台静止，探针振动（电压驱动压电陶瓷运动）。五、探针介绍探针有很多种，但它们都有共同特点，由三部分组成：针尖、悬臂、氮化硅或硅衬底。针尖很细，曲率半径在20nm左右，整个反馈就靠针尖和样品直接的作用力变化。悬臂是反射性很好的材料，主要左右是接受激光信号

6、并反射给探测器，这样探测器才能探测到悬臂的振动情况，进而成像。衬底用于把探针固定在探针夹上。用于接触模式的探针主要是SNL-10探针而用于轻敲模式的为RTESP探针，它们的主要区别在于力学参数和几何形状不同。SNL-10探针的悬臂是三角形的，弹性系数较小；RTESP探针的悬臂是长方形的，弹性系数较大。六、BrukerMultimodeIIISPM操作步骤Bruker中文文档文档编号BrukerMultimodeIIISPM中文操作简要说明NBSC-M0001对应软件版本V5.31第页Tapping模式共13页版本号描述日期A草稿，作者（殷豪）2011年2月28日总体步骤：打开计算机→组

7、装仪器（base→scanner→head）→打开仪器主机→打开软件→装针→调激光→装样品→选择扫描区域→进针→调节扫描参数→保存→退针→关闭仪器主机→拆解仪器（head→scanner→base）→关闭计算机AFMTappingMode1.组装仪器按照各仪器部件从下到上的顺序组装：Base→Scanner→Head注意：Base上的数据线禁止热插拔，即开控制器前必须先将数据线与Base连接好，亦应先关控制器再拔掉Bas