扫描探针显微镜SPMppt课件

1、扫描探针显微镜SPMSPM-9500J3简介-历史wSTM-1982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wAFM-1986年，斯坦福大学由Binnig, Quate和Gerber等人发明wSPM-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wSPM(Scanning Probe Microscopy)wSTM(Scanning Tunneling Microscopy)wSFM(Scanning Force Microscopy)wAFM(Atomic Force

2、Microscopy)wLFM(Lateral Force Microscopy)wMFM(Magnetic Force Microscopy)wEFM(electric Force Microscopy)wCFM(Chemical Force Microscopy)SPM仪器构造wSTMw振动隔绝系统w机械设计-隧道针尖与样品间的隧道电流#w计算机控制系统wAFMw振动隔绝系统w机械设计-力传感器与微悬臂的检测#w计算机控制系统振动隔绝系统w两种类型扰动w振动-反复性和周期性w冲击-瞬态变化w适用方法w提高仪器固有频率w运用震动阻尼w常用减震系统w合成橡胶冲垫-降低大幅冲击，共振频率1010

3、0Hzw弹簧悬挂-共振频率小0.5Hzw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/pw气动弹簧减震台-0.5Hz振动隔绝系统w仪器噪音源w散粒噪音w负载电阻的Johnson噪音w激光相对强度噪音w激光相位噪音w悬臂的热噪音振动隔绝系统w普通以100Hz区分高/低频振动w0-1kHz频带内的激震影响，高频段影响甚微机械设计w三维扫描控制器w扫描针尖三维扫描控制器w针尖与样档次置粗调w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w机械调理方式-单个或多个高精度差分调理螺杆配合减速原理，可手动或步进电机，大气环境中适用w螺杆与簧

4、片结合方式-高精度调理螺杆顶住差分弹簧或簧片系统来调理，低温条件下三维扫描控制器w微调定位压电陶瓷资料w三角架型，早期运用w单管扫描器w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wSTM针尖w铂铱合金针尖，圆锥型wAFM悬臂与针尖力传感器wSi3N4金字塔型针尖w长方形或V型悬臂w力传感器要求w低的力弹性常数w高的力学共振频率w高的横向刚性w短的悬臂长度w传感器带有镜面或电极光学或隧道电流检测w尽能够锋利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wSTMw恒电流方式w恒高度方式wIVbexp(-A1/2S)wI

5、-隧道电流wVb-针尖和样品间的偏置电压wA-常数w ( 1+2)w1, 2分别为针尖和样品的功函数wS-针尖和样品之间的间隔STM扫描方式扫描方式wAFMw接触式(contact mode)，110nm(斥力)，10-810-11Nw非接触式(noncontact mode)，520nm范德华力w轻敲式(tapping mode)，20nm，10-910-12Nw悬臂检测方式w隧道电流w电容法w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探测参数及程度分辨率SPM9500-J3主要参数TiO2-Pt DynamicMode 15.19nm 0.00200.00 nm50

6、0.00 x 500.00 nmTiO2-Pt DynamicModeTiO2-Pt DynamicModenm15.19 0.00200.00 nm500.00 x 500.00 nmAll AreaLengthX500.000nmLengthY500.000nmArea250000.000(nm)2Ra1.263nmRy11.043nmRz5.349nmRms1.561nmRp4.907nmRv6.136nmALengthX60.547nmLengthY46.875nmArea2838.135(nm)2Ra1.883nmRy6.687nmRz3.288nmRms2.212nmRp3.924

7、nmRv2.763nmBLengthX313.477nmLengthY268.555nmArea84185.602(nm)2Ra1.307nmRy10.398nmRz4.933nmRms1.622nmRp4.832nmRv5.566nmTiO2-Pt DynamicMode22.83nm 0.001.00 um2.00 x 2.00 umAlN17.70nm 0.002.00 um5.00 x 5.00 umAlNAlN480.07nm 0.002.00 um5.00 x 5.00 umAlN高分子膜 127.45nm 0.002.00 um5.00 x 5.00 um高分子膜 NH4Cl枝晶 1.21um 0.0010.00 um30.00 x 30.00 umNH4Cl枝晶 NH4Cl枝晶 1.85um 0.005.00 um15.00 x 15.00 umNH4Cl枝晶 牙齿 1.91um 0.005.00 um15.00 x 1