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原子力显微镜简介精要
Atomic Force Microscope
introduction
光学显微镜将人类的眼睛带入了一个五彩缤纷的微观世界,之后电子显微镜、扫描隧道显微镜进一步演绎了微观领域的精彩。但是,人们的好奇心总是无止境的,上个世纪八十年代的原子力显微镜(Atomic Force Microscope ,AFM) 已经把人类的视觉延伸到了分子和原子的世界,它是一种通过检测针尖原子和样品原子之间微弱的作用力(10-8-10-6N)来获取样品表面形貌的先进技术。
AFM的历史可以追溯到由IBM的Binning和Rohrer开发的STM(Scanning Tunneling Microscope,扫描隧道电子显微镜),其本身的目的就是对越来越微小的半导体材质进行纳米级测量。现在的AFM技术起源于美国斯坦福大学C.F.Quate教授的研究室,是由Binning和Quate教授于1986年开发成功的。
第一代显微镜
第二代显微镜
第三代显微镜
Abilities and Principles
The AFM has three major abilities: force measurement, imaging, and manipulation
?表面传感原子力显微镜运用悬臂末端锐利的针尖来扫描样品表面。当探针接近样品表面时,样品与针尖之间的短程吸引力吸引针尖向表面移动。然而,当表面和针尖直接接触时,排斥力将会增大并占主导作用使悬臂向上弯曲。
- 检测方法激光束被用于检测悬臂是靠近还是远离表面。入射光束被悬臂平顶上表面反射到位敏光电二极管(PSPD)中,用来检测悬臂弯曲所导致的反射光束位置的轻微改变。当针尖通过凸起的表面形态形貌时,悬臂的弯曲和相应的反射激光束的变化都会被PSPD记录下来。
- 成像原子力显微镜通过运用悬臂对特定区域的扫描来完成样品表面形貌成像。位敏光电二极管检测样品表面高低起伏的形貌所导致的悬臂弯曲,并通过反馈回路控制针尖在表面的高度来稳定激光位置,最终可以形成一幅精确的表面形貌像。
Video
Advantages and Disadvantages
Advantage:
? AFM provides a three-dimensional surface profile
AFM do not require any special treatments
AFM modes can work perfectly well in ambient air or even a liquid environment
Disadvantage:
Small scanning area
Slow rate of scanning
Affect by the probe
Derivative function
摩擦力显微镜(FFM)
磁力显微镜(MFM)
导电AFM(CAFM)
静电力显微镜(EFM)
扫描电化学显微镜(SECM)
扫描电容显微镜(SCM)
扫描热显微镜(SThM)
这些新型的显微镜,都利用了反馈回路通过针尖的某种作用(光,电,热,磁,力等来控制针尖在表面一定距离处扫描,从而获得表面的各种信息)
现在全世界大概有50个AFM生产厂家,主要市场是大学和研究单位,其中主流厂商有Bruker(德国)、 Agilent(美国)、Veeco(美国) 、NT-MDT(俄罗斯)、 JPK(德国)、和Park Systems(韩国)等,以上厂商约占全球市场份额的80%。
end
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