文档介绍：扫描探针显微镜
掌握AFM和MFM的基本原理
掌握AFM和MFM的操作和调试
观察样品的表面形貌和表面畴结构
实验目的及要求
扫描探针显微镜概述
定义
扫描探针显微镜
利用微小探针在样品表面扫描,通过检测和控制探针与样品间相互作用的物理量(隧道电流、原子间力、摩擦力、磁力等),来对样品微小区域表面进行形貌检测及物性分析等的仪器的总称。
STM-引言
1982年,——扫描隧道显微镜STM。它的问世,使人类第一次能够实时地观察到原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理化学性质,对表面科学、材料科学、生命科学和微电子技术的研究有着重大的意义和广阔的应用前景,被科学界公认为是表面科学和表面现象分析技术的一次革命。为此,。
发展历史
发展历史
发明
1982年,在瑞士苏黎世的IBM实验室,宾尼格(Binning), 罗赫尔(Rohrer)等发明了STM。
发展
1986年,IBM和Stanford University合作由Binning, Quate, and Gerber发明了原子力显微镜(Atomic Force Microscope, AFM)。
第一台STM和AFM
扫描隧道显微镜
原子力显微镜
SPM概述-各类显微镜的比较
局限性:
LEED及X射线衍射等衍射方法要求样品具备周期性结构;光学显微镜和SEM的分辨率不足以分辨出表面原子
高分辨TEM主要用于薄层样品的体相和界面研究
FEM和FIM只能探测在半径小于100nm的针尖上的原子结构和二维几何性质,且制样技术复杂,可用来作为样品的研究对象十分有限;
X射线光电子能谱(ELS)等只能提供空间平均的电子结构信息
上述一些分析技术对测量环境也有特殊要求,例如真空条件等。
透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、场电子显微镜(FEM )、场离子显微镜(FIM)、低能电子衍射(LEED)、俄歇谱仪(AES)、光电子能谱(ESCA)、电子探针
SPM概述-独特优点
可在真空、大气、常温、溶液等不同环境下工作,不需要特别的制样技术,并且探测过程对样品无损伤。
设备相对简单、体积小、价格便宜、制样容易、检测快捷、操作简便等特点。
得到的是样品表面的三维立体图像。
兼具“眼睛”和“手”的功能。
SPM概述-几种表面分析仪器的比较
仪器
分辨率
工作环境
温度
对样品损伤
扫描探针
显微镜(SPM)
原子级()
实环境、大气、溶液、真空
无
透射电镜(TEM)
点分辨率
(-)
晶格分辨率
(-)
高真空
室温
小
扫描电镜(SEM)
6-10 n m
高真空
室温
小
场离子显微镜(FIM)
原子级
超高真空
30-80K
有
SPM概述-Scanning Probe Microscopy Family
Scanning probe microscopy (SPM) is a relatively new family of microscope that can measure surface morphology down to atomic resolution.
侧向摩擦力显微镜(Lateral Force Microscope , LFM)
摩擦力显微镜(Friction Force Microscope , FFM)
磁力显微镜(ic Force Microscope , MFM)
静电力显微镜(Electric Force Microscopy , EFM)
扫描近场光学显微镜(Near-field Scanning Optical Microscopy , SNOM)
扫描电化学显微镜(Scanning Electrochemical Microscopy , SECM)