扫描隧道原子力显微镜.ppt

100nmHIV作为本征值问题的量子化作为本征值问题的量子化EUO透射率透射率a/nm0.10.20.510.0D0.101Va 压电陶瓷上的压电陶瓷上的电压反应了表面电压反应了表面的起伏的起伏 压电陶瓷压电陶瓷压电陶瓷精度：压电陶瓷精度：1nm/V样品必须是导体，至少是半导体样品必须是导体，至少是半导体真空环境真空环境二维像二维像原子力显微镜原子力显微镜AFM1982年年,Gerd Binnig 和和Heinrich Rohrer悬臂悬臂长长：100200m宽宽：1040m厚厚：0.320m弹性系数弹性系数：0.005Nm-1共振频率共振频率：10kHZ探针探针由由Si 或或Si3N4经经光刻技术制成光刻技术制成检测系统检测系统光反射法、光干涉法、隧道电流法、电容检测法等光反射法、光干涉法、隧道电流法、电容检测法等检测系统检测系统 AFM对样品扫描的精确控制是靠扫描器来实现的扫描器对样品扫描的精确控制是靠扫描器来实现的扫描器中装有中装有压电转换器压电转换器压电装置在压电装置在X，Y，Z三个方向上精确控三个方向上精确控制样品或探针位置。制样品或探针位置。钛锆酸铅钛锆酸铅Pb(Ti,Zr)O3制成的压电陶瓷材料制成的压电陶瓷材料 1mv1000V的电压信号转换成十几分之一纳米到几微米的位的电压信号转换成十几分之一纳米到几微米的位移。移。灵敏度灵敏度探测器探测器激光器激光器悬臂悬臂分子间力分子间力工作方式工作方式接触式接触式非接触式非接触式敲打式敲打式1.1.接触成像方式接触成像方式 探针与被测表面距离约为探针与被测表面距离约为1nm，通过斥力来使悬臂发生，通过斥力来使悬臂发生弯曲。弯曲。2.2.非接触成像方式非接触成像方式 探针与被测表面距离在探针与被测表面距离在几纳米到几十纳米之间几纳米到几十纳米之间，通过引，通过引力来使悬臂发生弯曲，通常在力来使悬臂发生弯曲，通常在10-12N左右，导致的弯曲可使左右，导致的弯曲可使探针以接近于其自身共振频率及几纳米到数十纳米的振幅振探针以接近于其自身共振频率及几纳米到数十纳米的振幅振动。动。3.3.敲击成像方式敲击成像方式 悬臂在试样表面上方以其共振频率振荡，针尖仅仅是周悬臂在试样表面上方以其共振频率振荡，针尖仅仅是周期性地短暂地接触、敲击样品表面，它在一定程度上减小样期性地短暂地接触、敲击样品表面，它在一定程度上减小样品对针尖的粘滞现象。品对针尖的粘滞现象。1.1.接触成像方式接触成像方式 优点：扫描速度快，垂直方向分辨率最高。优点：扫描速度快，垂直方向分辨率最高。缺点：横向力大，横向分辨率差，针尖容易损伤软质样缺点：横向力大，横向分辨率差，针尖容易损伤软质样品。品。2.2.非接触成像方式非接触成像方式 优点：不会损伤样品。优点：不会损伤样品。缺点：分辨率低，扫描速度慢。缺点：分辨率低，扫描速度慢。3.3.敲打成像方式敲打成像方式 优点：横向力影响很小，图像分辨率高，适于观察软质、优点：横向力影响很小，图像分辨率高，适于观察软质、粘稠样品。粘稠样品。缺点：扫描速度较第一种差。缺点：扫描速度较第一种差。1.1.优点优点 极高分辨率极高分辨率 对样品、环境没特别要求对样品、环境没特别要求 可进行原子操作可进行原子操作 19881988，AlbrechtAlbrecht，聚合物膜，聚合物膜1.1.缺点缺点 成像范围小成像范围小 扫描速度慢扫描速度慢 受探针限制太大受探针限制太大