扫描隧道原子力显微镜学习教案.pptx

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1、会计学1扫描扫描(somio)隧道原子力显微镜隧道原子力显微镜第一页，共20页。作为作为(zuwi)(zuwi)本征值问题的量子本征值问题的量子化化第1页/共20页第二页，共20页。EUO透射率透射率a/nm0.10.20.510.0D0.101第2页/共20页第三页，共20页。Va第3页/共20页第四页，共20页。压电陶瓷上的电压电陶瓷上的电压压(diny)(diny)反应了表反应了表面的起伏面的起伏 压电陶瓷压电陶瓷(toc)(toc)压电陶瓷压电陶瓷(toc)(toc)精度：精度：1nm/V1nm/V第4页/共20页第五页，共20页。第5页/共20页第六页，共20页。样品必须是导体，至少

2、样品必须是导体，至少(zhsho)(zhsho)是是半导体半导体真空环境真空环境二维像二维像第6页/共20页第七页，共20页。原子力显微镜原子力显微镜AFM第7页/共20页第八页，共20页。1982年年,Gerd Binnig 和和Heinrich Rohrer第8页/共20页第九页，共20页。悬臂悬臂(xunb)(xunb)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(tn(tn zhn)zhn)由由Si Si 或或Si3N4Si3N4经光刻技术经光刻技术(jsh)(jsh)制成制成第9页/共20页第十页，共2

3、0页。检测检测(jin c)(jin c)系统系统光反射法、光干涉法、隧道电流光反射法、光干涉法、隧道电流(dinli)(dinli)法、电法、电容检测法等容检测法等第10页/共20页第十一页，共20页。检测检测(jin c)(jin c)系统系统 AFM AFM对样品扫描的精确控制是靠扫描器来实现的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压电转换器压电装置在扫描器中装有压电转换器压电装置在X X，Y Y，Z Z三个方向上精确控制样品或探针三个方向上精确控制样品或探针(tn zhn)(tn zhn)位置。位置。钛锆酸铅钛锆酸铅Pb(Ti,Zr)O3Pb(Ti,Zr)O3制成的压电陶瓷

4、材料制成的压电陶瓷材料 1mv1000V 1mv1000V的电压信号转换成十几分之一纳米到几的电压信号转换成十几分之一纳米到几微米的位移。微米的位移。第11页/共20页第十二页，共20页。灵敏度灵敏度探测器探测器激光器激光器悬臂悬臂(xunb(xunb)分子分子(fnz(fnz)间力间力第12页/共20页第十三页，共20页。工作工作(gngzu(gngzu)方式方式接触式接触式非接触非接触式式敲打敲打(qio(qio d)d)式式第13页/共20页第十四页，共20页。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1nm1nm，通过斥力，通过斥力(chl)(chl

5、)来来使悬臂发生弯曲。使悬臂发生弯曲。第14页/共20页第十五页，共20页。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几纳米到几十纳米之间，通过引力来使探针与被测表面距离在几纳米到几十纳米之间，通过引力来使悬臂悬臂(xunb)(xunb)发生弯曲，通常在发生弯曲，通常在10-12N10-12N左右，导致的弯曲可使探左右，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动。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。第15页/共20页第十六页，共20页。3.3.敲击成像方式敲击成像方式 悬臂在试样表面上方悬臂在试样表面上方(shn fn)(shn fn

6、)以其共振频率振荡，针尖仅以其共振频率振荡，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品对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品对针尖的粘滞现象。针尖的粘滞现象。第16页/共20页第十七页，共20页。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，针尖容易损伤缺点：横向力大，横向分辨率差，针尖容易损伤(snshng)(snshng)软质样品。软质样品。2.2.非接触成像方式非接触成像方式 优点优点(yudin)(yudin)：不会损伤样品。：不会损伤样品。缺点

7、：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、粘稠优点：横向力影响很小，图像分辨率高，适于观察软质、粘稠样品。样品。缺点缺点(qudin)(qudin)：扫描速度较第一种差。：扫描速度较第一种差。第17页/共20页第十八页，共20页。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 可进行原子可进行原子(yunz)(yunz)操作操作 19881988，AlbrechtAlbrecht，聚合物膜，聚合物膜第18页/共20页第十九页，共20页。1.1.缺点缺点(qudin)(qudin)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 第19页/共20页第二十页，共20页。