扫描探针显微镜SPM讲解.pptVIP

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扫描探针显微镜SPM SPM-9500J3 简介-历史 STM---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) 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(Scanning Probe Microscopy) STM(Scanning Tunneling Microscopy) SFM(Scanning Force Microscopy) AFM(Atomic Force Microscopy) LFM(Lateral Force Microscopy) MFM(Magnetic Force Microscopy) EFM(electric Force Microscopy) CFM(Chemical Force Microscopy) 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---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~ ?(Φ 1+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(contact mode),1~10nm(斥力),10-8~10-11N 非接触式(noncontact mode),5~20nm(范德华力) 轻敲式(tapping mode),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-Pt DynamicMode TiO2-Pt DynamicMode TiO2-Pt DynamicMode TiO2-Pt DynamicMode AlN AlN AlN AlN 高分子膜 高分子膜 NH4Cl枝晶 NH4Cl枝晶 NH4Cl枝晶 NH4Cl枝晶 牙齿 牙齿 MFM Surface image of HAT4 film (a)before annealing and (b)after annealing Li, C. et al. Journal of Materials Chemistry, 2012, 22 (5), 2045-2050. * * * * *

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