文档介绍：. 扫描探针显微镜【目的要求】 ; 2. 掌握扫描探针显微镜的模式之一--- 扫描隧道显微镜的操作和调试过程,并以之来观察样品的表面形貌; 。【仪器用具】扫描探针显微镜、针尖、计算机、光栅样品【原理】 1. 扫描探针显微镜简介扫描探针显微镜是继光学显微镜和电子显微镜发展起来后的第三代显微镜。 80 年代初期, IBM 公司苏黎世实验室的 和 发明了扫描隧道显微镜,它的分辨率达到 纳米。 STM 的诞生,使人类第一次在实空间观测到了原子,并能够在超高真空超低温的状态下操纵原子。在 STM 的基础上,又发明了原子力显微镜、磁力显微镜、近场光学显微镜等等,这些显微镜都统称扫描探针显微镜。因为它们都是靠一根原子线度的极细针尖在被研究物质的表面上方扫描,检测采集针尖和样品间的不同物理量,以此得到样品表面的形貌图像和一些有关的电化学特性。如:扫描隧道显微镜检测的是隧道电流,原子力显微镜镜测试的是原子间相互作用力等等。光学显微镜和电子显微镜都称之为远场显微镜,因为相对来说样品离成像系统有比较远的距离。成像的图像好坏基本取决于仪器的质量。而扫描探针显微镜的工作原理是基于微观或介观范围的各种物理特性,探针和样品之间只有 2-3 埃的距离,会产生相互的作用,是一种相互影响的耦合体系。我们称它为近场显微镜。它的成像质量不单单取决于显微镜本身,很大程度上受样品本身和针尖状态的影响。所以,我们在使用这一类的仪器时,要想得到好的图像,关键是要学会分析判断各种图像及现象的产生原因,然后通过调整参数,得到相对好的图像。 2. 扫描探针显微镜的基本结构(1) 减振系统是仪器有效得到原子图像的必要保证。有效的振动隔离是 STM 达到原子分辨率所严格要求的一个必要条件, STM 原子图像的典型起伏是 埃,所以外来振动的干扰必须小于 5 埃。有两类振动是必须隔离的:振动和冲击。振动一般是重复性和连续性的,而冲击则是瞬态变化的,在两者之中,振动隔离是最主要。通常采用悬吊来隔离振动。(2) 头部探测系统由支架、针尖驱动机构(扫描器) 、针尖和样品组成,是仪器的工作执行部分。①.扫描系统扫描系统包括扫描器和针尖块。扫描器使用 4象限压电陶瓷管,采用样品扫描方式。针尖块中密闭着前置放大器,通过引线将放大后的信号送至电子学控制箱。针尖块的设计使用了专利技术—智能针尖连接结构。在进行不同工作模式之间的转化时,用户只需将我们提供的安装不同种类探针的针尖块插入针尖架中即可。系统会自动识别当前针尖的种类,并将软件切换到相应的工作模式。. ②.驱进系统驱进调节机构主要用于粗调和精细调节针尖和样品之间的距离。利用两个精密螺杆手动粗调,配合步进马达(可以手控也可计算机控制调节) ,先调节针尖和样品距离至一较小间距(毫米级,),然后用计算机控制步进马达,使间距从毫米级缓慢降至纳米级(在有反馈的情形下),进入扫描状态。退出时反之。③.支架:支架主要用于固定驱进系统以及与减震系统的连接。(3) 电子学控制系统是仪器的控制部分,主要实现形貌扫描的各种预设的功能以及维持扫描状态的反馈控制系统。包括: ①.前置放大器:安装在头部针尖块内; ②.头部电路接口:安装在头部支座内; ③.电子