掃描探針顯微鏡

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更新時間: 2013-09-17

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掃描探針顯微鏡(Scanning Probe Microscope,SPM)是掃描隧道顯微鏡及在掃描隧道顯微鏡的基礎上發展起來的各種新型探針顯微鏡(原子力顯微鏡AFM,激光力顯微鏡LFM,磁力顯微鏡MFM等等)的統稱,是國際上近年發展起來的表面分析儀器,是綜合運用光電子技術、激光技術、微弱信號檢測技術、精密機械設計和加工、自動控制技術、數字信號處理技術、應用光學技術、計算機高速採集和控制及高分辨圖形處理技術等現代科技成果的光、機、電一體化的高科技產品。

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1 掃描探針顯微鏡 -掃描探針顯微鏡

     (Scanning Probe microscope,SPM)是掃描隧道顯微鏡及在掃描隧道顯微鏡的基礎上發展起來的各種新型探針顯微鏡(原子力顯微鏡AFM,激光力顯微鏡LFM,磁力顯微鏡MFM等等)的統稱,是國際上近年發展起來的表面分析儀器,是綜合運用光電子技術、激光技術、微弱信號檢測技術、精密機械設計和加工、自動控制技術、數字信號處理技術、應用光學技術、計算機高速採集和控制及高分辨圖形處理技術等現代科技成果的光、機、電一體化的高科技產品。
  掃描探針顯微鏡以其解析度極高(原子級解析度)、實時、實空間、原位成像,對樣品無特殊要求(不受其導電性、乾燥度、形狀、硬度、純度等限制)、可在大氣、常溫環境甚至是溶液中成像、同時具備納米操縱及加工功能、系統及配套相對簡單、廉價等優點,廣泛應用於納米科技、材料科學、物理、化學和生命科學等領域,並取得許多重要成果。
  SPM作為新型的顯微工具與以往的各種顯微鏡和分析儀器相比有著其明顯的優勢:
  首先,SPM具有極高的解析度。它可以輕易的「看到」原子,這是一般顯微鏡甚至電子顯微鏡所難以達到的。
  其次,SPM得到的是實時的、真實的樣品表面的高解析度圖像。而不同於某些分析儀器是通過間接的或計算的方法來推算樣品的表面結構。也就是說,SPM是真正看到了原子。
  再次,SPM的使用環境寬鬆。電子顯微鏡等儀器對工作環境要求比較苛刻,樣品必須安放在高真空條件下才能進行測試。而SPM既可以在真空中工作,又可以在大氣中、低溫、常溫、高溫,甚至在溶液中使用。因此SPM適用於各種工作環境下的科學實驗。
  SPM的應用領域是寬廣的。無論是物理、化學、生物、醫學等基礎學科,還是材料、微電子等應用學科都有它的用武之地。
  SPM的價格相對於電子顯微鏡等大型儀器來講是較低的。
  任何事物都不是十全十美的一樣,SPM也有令人遺憾的地方。由於其工作原理是控制具有一定質量的探針進行掃描成像,因此掃描速度受到限制, 測效率較其他顯微技術低;由於壓電效應在保證定位精度前提下運動範圍很小(目前難以突破100μm量級),而機械調節精度又無法與之銜接,故不能做到象電子顯微鏡的大範圍連續變焦,定位和尋找特徵結構比較困難;
  目前掃描探針顯微鏡中最為廣泛使用管狀壓電掃描器的垂直方向伸縮範圍比平面掃描範圍一般要小一個數量級,掃描時掃描器隨樣品表面起伏而伸縮,如果被測樣品表面的起伏超出了掃描器的伸縮範圍,則會導致系統無法正常甚至損壞探針。因此,掃描探針顯微鏡對樣品表面的粗糙度有較高的要求;
  由於系統是通過檢測探針對樣品進行掃描時的運動軌跡來推知其表面形貌,因此,探針的幾何寬度、曲率半徑及各向異性都會引起成像的失真(採用探針重建可以部分克服)

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