各式扫描探针显微镜.pptVIP

第1页，共33页，星期日，2025年，2月5日目錄掃描探針顯微術(SPM)簡介掃描穿遂顯微術(STM)原子力顯微術(AFM)橫向力顯微術(LFM)磁力顯微術(MFM)總結參考資料第2页，共33页，星期日，2025年，2月5日掃描探針顯微術(SPM)簡介掃描探針顯微技術（SPM）具有原子級表面形狀解析度，並可檢測多種奈米級表面特性，如力學特性、磁性、電性、熱性、光特性等，許多研究學者已將掃描探針顯微技術廣為應用在奈米尺度至微米尺度的表面量測。掃描探針顯微技術（SPM）主要優點包括儀器體積小、樣品無須特殊處理，可在任何環境下進行處理等優點；其主要缺點則是掃描速度慢、資料重現率差及缺乏成份分析功能等。第3页，共33页，星期日，2025年，2月5日掃描穿遂顯微術(STM)第4页，共33页，星期日，2025年，2月5日STM之簡介STM全名為ScanningTunnelingMicroscopy，是在金屬探針及導電樣品間加上小電壓，並將兩者距離維持在數埃至數十埃間，使探針尖端原子團與樣品表面的量子穿隧電流保持定值，而測得表面結構形狀，具有原子解析度。在SPM技術中具有最佳解析度，但由於無法在非導體上操作，故目前主要應用於基礎性學術研究。第5页，共33页，星期日，2025年，2月5日掃描穿隧顯微儀之主要原理是利用金屬針尖在樣品之表面上進行掃描，根據量子穿隧效應產生穿隧電流，由於產生之穿隧電流主要發生於針尖上最突出的一顆原子上，因此STM具有原子級的橫向解析力，利用穿隧電流作為測量訊號，即可獲得樣品表面之圖像，因此探針與樣品必須能導電，同時樣品表面必須平整，如此STM的應用範圍因而受到限制。

STM之工作原理第6页，共33页，星期日，2025年，2月5日STM之基礎架構第7页，共33页，星期日，2025年，2月5日穿遂效應電子穿隧現象乃量子物理的重要內函之一，在古典力學中，一個處於位能較低的粒子，根本不可能躍過能量障礙到達另一邊，如下圖所示。除非粒子的動能超過Vo，才有可能。但以量子物理的觀點來看，卻有此可能性。所謂的「穿隧效應」，就是指粒子可穿過比本身總能高的能量障礙。穿隧的機率和距離有關，距離愈近，穿隧的機率愈大。當兩個電極，相距在幾個原子大小的範圍時，電子能從一極穿隧到另一極，穿隧的機率和兩極的間距成指數反比的關係。第8页，共33页，星期日，2025年，2月5日STM之工作模式一、定電流取像法：以設定的穿隧電流(約1nA)為回饋訊號。由於探針與樣品表面的間距，和穿隧電流有十分靈敏的關係，設定穿隧電流值，即鎖定探針和樣品表面之間距。當探針在樣品表面掃描時，探針必須隨表面之起伏調整其高度(即z值)；因此，以探針的高度變化來呈像，就反映出樣品表面的形貌。二、定高度取像法：直接以穿隧電流值來呈像。當探針以固定的高度掃描樣品表面時，由於表面的高低變化，導致探針和樣品表面的間距變化，穿隧電流值也隨之改變。定電流模式定高模式第9页，共33页，星期日，2025年，2月5日STM之掃描模式優缺點比較模式原理優缺點定電流模式探針保持固定的電流值，而隨著樣品表面之起伏調整其高度；因此，以探針的高度變化來作為樣品表面的呈像方式。優點：可掃描較大的高低變化。缺點：以回饋信號作為調制，掃描速度較慢，易受低頻雜訊干擾。定高度模式探針以固定的設定高度，直接以穿隧電流值的變化來作為表面形態的呈像。優點：可快速掃描以補捉一些表面動態。缺點：若掃描範圍內的樣品表面起伏太大，則極容易損壞探針。電流密度模式結合上述兩種方法，並且引進偏壓調變作為取像之變數。缺點：回饋系統必須不斷地開關，較費時（一般約需幾分鐘），記憶體容量的需求大。第10页，共33页，星期日，2025年，2月5日STM之應用利用STM進行原子表面修飾和單原子操縱，具有十分廣泛的應用前景。它已經在製作單分子、單原子和單電子器件，大幅度提高資訊儲存量，生命科學中的物種再造，以及材料科學中的新原子結構材料的創製等領域，都有很深刻的應用背景。單原子操縱主要包括三個部分，即單原子的移動、提取和放置，這些技術也是今後應用單原子操縱，在表面上進行原子尺度的結構甚至器件加工所必須的。原子操縱術最主要的應用是，奈米級或原子級結構的製造，在這方面一個直接的用途是，記憶體的製造與讀取，前述IBM科學家展示搬移氙原子的能力，就可視為原子級記憶體的製造與讀取，每個有原子的位置相當於零。這樣的記憶體密度是前所未有的，遠遠超過現今半導體及磁碟的記憶密度；而且STM可輕易取得這些原子影像，相當於原子級位元資料的讀取，此讀取密度也是其他技術所無法比擬的。第11页，共33页，星期日，20