掃描探針顯微鏡第1頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月掃描探針顯微鏡是一個(gè)顯微鏡的大家族，其中第一個(gè)成員是掃描隧道顯微鏡它是IBM的G.Binning和H.Rohrer博士及其同事于1982年發(fā)明的，1986年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)受掃描隧道顯微鏡工作原理的啟發(fā)，人們又研制出一系列工作原理相類(lèi)似的顯微鏡，第2頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例如：（1）原子力顯微鏡（AFM）（2）磁力顯微鏡（MFM）（3）摩擦力顯微鏡（LFM）（4）化學(xué)力顯微鏡（CFM）（5）靜電力顯微鏡（EFM）我們主要介紹掃描隧道顯微鏡與原子力顯微鏡第3頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.

掃描隧道顯微鏡掃描隧道顯微鏡STM（ScanningTunnellingMicroscopy）是IBM蘇黎世實(shí)驗(yàn)室的G.Binning和H.Rohrer博士及其同事發(fā)明的。STM的研制工作始于1978年第4頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1982年在CaIrSn4單晶上獲得第一張單原子臺(tái)階像1983年獲得第一張Si（111）—7×7表面重構(gòu)像，從而宣告了具有原子級(jí)空間分辨能力的新一代顯微鏡的誕生。第5頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1986年G.Binning和H.Rohrer與發(fā)明電子顯微鏡的E.Ruska一道獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。STM實(shí)驗(yàn)可以在大氣、真空、溶液、惰性氣體甚至反應(yīng)性氣體等各種環(huán)境中進(jìn)行，工作溫度可以從絕對(duì)零度到攝氏幾百度。第6頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月用途廣泛：（1）可用于原子級(jí)空間分辨率的表面結(jié)構(gòu)觀測(cè)，用于研究各種表面化學(xué)過(guò)程和生物體系（2）是納米結(jié)構(gòu)加工的有力工具，可用于制備納米尺度的超微結(jié)構(gòu)，還可用于操縱原子和分子等第7頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.1掃描隧道顯微鏡的工作原理及工作模式

工作原理：當(dāng)探針與樣品表面間距小到納米量級(jí)﹙﹤1nm﹚時(shí)，經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為，由于中間的空氣將探針與樣品表面隔開(kāi)，探針與樣品表面是不導(dǎo)電的；但從量子力學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，探針尖端的原子與樣品表面的原子具有波動(dòng)性，兩者的波函數(shù)會(huì)發(fā)生重疊，第8頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月因此探針與表面之間會(huì)產(chǎn)生電流，該電流稱(chēng)隧道電流（見(jiàn)圖26.1）

第9頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月隧道電流的強(qiáng)度與針尖和樣品間距S成指數(shù)關(guān)系，對(duì)間距S的變化非常敏感，STM就是利用這一原理來(lái)工作的。它的工作模式有兩種：恒高模式恒流模式

第10頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月①恒流模式：

探針在樣品表面掃描時(shí)，通過(guò)反饋回路控制隧道電流恒定不變，即探針與樣品表面相對(duì)距離保持恒定，這時(shí)探針沿xy平面內(nèi)掃描時(shí)在z軸方向的運(yùn)動(dòng)就反映了樣品表面的高低起伏，這種掃描模式叫恒流模式。見(jiàn)圖2.2（a）第11頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第12頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月②恒高模式：

探針在樣品表面掃描時(shí)，使探針的絕對(duì)高度不變，這時(shí)探針與樣品表面的相對(duì)距離就會(huì)改變，即隧道電流會(huì)改變，通過(guò)測(cè)量電流的變化來(lái)反映樣品表面的高低起伏。這種掃描模式叫恒高模式。（見(jiàn)圖2.2（b）第13頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月恒電流模式是STM常用的工作模式，而恒高模式僅適用于對(duì)起伏不大的表面進(jìn)行成像。當(dāng)樣品表面起伏較大時(shí)，由于針尖離表面非常近，采用恒高模式掃描可能造成針尖與樣品表面相撞，導(dǎo)致針尖與樣品表面破壞。第14頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.2

掃描隧道顯微鏡的裝置

STM是一種近場(chǎng)成像儀器,針尖與樣品之間的距離S通常小于1nm.

自從首次STM誕生以來(lái),目前商品化的STM已采用了各種先進(jìn)技術(shù)和多項(xiàng)改進(jìn)系統(tǒng).已成為一種先進(jìn)的形貌觀測(cè)儀器被廣泛應(yīng)用.但基本組成沒(méi)有變化.

第15頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月STM由下列幾部分組成:①振動(dòng)隔絕系統(tǒng)②機(jī)械傳感系統(tǒng)③電子控制系統(tǒng)④探頭(隧道針尖)⑤計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

STM的基本結(jié)構(gòu)如圖所示.第16頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第17頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

核心部件:探頭,安裝于STM主體箱內(nèi)電子控制系統(tǒng):用于產(chǎn)生隧道電流并維持其恒定,控制針尖掃描.

計(jì)算機(jī)系統(tǒng):控制各個(gè)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)、收集、存貯、處理獲得信息和圖像。

振動(dòng)隔絕系統(tǒng)：保證系統(tǒng)工作不受外界振動(dòng)等干擾。

第18頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）振動(dòng)隔離系統(tǒng)由于STM工作時(shí)針尖與樣品距離小于1nm,任何振動(dòng)包括聲波振動(dòng)都會(huì)影響儀器穩(wěn)定性,因此由振動(dòng)引起的隧道間距變化必須小于0.001nm。

STM常用的振動(dòng)隔離方法有三種：①

懸掛彈簧

②

平板-彈性體堆垛系統(tǒng)③

沖氣平臺(tái)第19頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月懸掛彈簧：具有渦流阻尼的懸掛彈簧系統(tǒng)﹝見(jiàn)圖2.5﹙a﹚﹞第20頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月懸掛彈簧是最為有效的振動(dòng)隔離系統(tǒng)。如果STM單元有足夠的剛性單級(jí)懸簧即可。如果STM單元的剛性不夠，或者在超高真空和低溫環(huán)境下工作，則可采用二級(jí)懸簧并有渦流阻尼的振動(dòng)隔離系統(tǒng)。懸簧系統(tǒng)的缺點(diǎn)是尺寸大。第21頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第22頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2)平板-彈性體堆垛系統(tǒng)：由橡膠塊分割的多塊金屬扳堆累而成，首先被用于袖珍型STM。其問(wèn)題是由于小尺寸使固有共振頻率在10Hz左右。此種隔離方法僅對(duì)較高頻率（>50Hz）有效。為了抑制低頻振動(dòng)，需要另外的懸簧。

第23頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(3)沖氣平臺(tái)：通常用做光學(xué)工作臺(tái)，典型的固有頻率為1—1.2Hz。對(duì)大于10Hz的振動(dòng)傳遞函數(shù)可達(dá)到0.1。某些系統(tǒng)提供有效的振動(dòng)隔離僅限于垂直方向，也有對(duì)水平方向同樣有效的氣動(dòng)平臺(tái)。缺點(diǎn)：體積龐大，相當(dāng)笨重，第24頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.2.2機(jī)械系統(tǒng)

STM的機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)滿足STM掃描及調(diào)整針尖與樣品距離等操作的要求。例如：

①在x和y方向上的掃描范圍至少為1μm×1μm，也可以根據(jù)使用者的要求選擇更大的使用范圍10μm×10μm。控制精度應(yīng)達(dá)到0.1?左右。

第25頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月②在Z軸方向的伸縮范圍至少為1μm，精度為0.001nm。這兩項(xiàng)滿足了儀器在三維方向精確移動(dòng)，并能在所確定的范圍內(nèi)達(dá)到原子級(jí)分辨率的基本要求。第26頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

③

在z方向機(jī)械調(diào)節(jié)精度要高于0.1mm，機(jī)械調(diào)節(jié)范圍應(yīng)大于1mm。這一條件保證了能快速方便地將樣品和針尖的距離調(diào)至能產(chǎn)生隧道電流的距離，并且在調(diào)節(jié)過(guò)程中不會(huì)與樣品直接接觸，同時(shí)不影響更換樣品針尖及處理樣品。第27頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月除以上三項(xiàng)外，我們還要使儀器既具有較大的掃描范圍以期對(duì)樣品的全貌有所了解，又能夠在原子級(jí)分辨率水平上對(duì)樣品的某些特定區(qū)域進(jìn)行精細(xì)掃描。用一個(gè)三維掃描控制器難以同時(shí)具有這兩種功能，通常是更換不同的控制器來(lái)做到這一點(diǎn)。因此，在訂購(gòu)儀器時(shí)應(yīng)根據(jù)使用者的需要來(lái)選擇適當(dāng)?shù)呐渲谩５?8頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月STM在xyz三個(gè)方向的掃描控制是通過(guò)PZT壓電陶瓷元件（鋯鈦酸鉛）壓電陶瓷能簡(jiǎn)單地將1mv—1000v的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成十幾分之一nm到數(shù)微米的機(jī)械位移，完全滿足STM三維掃描控制精度的要求。第29頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.2.3電子系統(tǒng)

STM是一個(gè)納米級(jí)的隨動(dòng)系統(tǒng)，其電子系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)一樣，是為高精度的掃描服務(wù)的。其核心是有一個(gè)高精度、增益的反饋系統(tǒng)。第30頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.2.4隧道針尖

隧道針尖是STM技術(shù)關(guān)鍵之一。針尖的大小，形狀及其他物理、化學(xué)性質(zhì)直接與STM的圖像分辨率，圖像形狀及測(cè)定的電子態(tài)有關(guān)，從而決定著一臺(tái)STM的最終質(zhì)量及使用。第31頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月理想的針尖宏觀結(jié)構(gòu)不是細(xì)而長(zhǎng)，而是呈錐形，其針尖端部最好為一穩(wěn)定原子，且針尖整體要求化學(xué)純度極高，這樣的針尖采集速度高，隧道電流穩(wěn)定，比較容易獲得清晰的原子級(jí)分辨圖像。應(yīng)該指出的是，雖然STM已有20年的歷史，重復(fù)獲得具有原子級(jí)分辨率的針尖仍是一個(gè)沒(méi)有完全解決的問(wèn)題。第32頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月STM常用的針尖材料:是Pt-Ir針尖和W針尖。W針尖是最早使用的STM針尖，其剛性能夠很好地滿足STM儀器的剛性要求，因而得到廣泛應(yīng)用。W針尖存在的問(wèn)題：在空氣中或水溶液中容易形成表面氧化物，需進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚聿拍苡糜诟叻直娉上瘛５?3頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

新鮮處理的W針尖在空氣中可使用數(shù)小時(shí)到十?dāng)?shù)小時(shí)。W針尖的制備方法：電化學(xué)腐蝕法直流法交流法圖2.8示出直流法的電解裝置圖。第34頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第35頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Pt-Ir針尖的制備，是采用最簡(jiǎn)單的機(jī)械加工法。即直接用剪刀將金屬絲按一定傾角剪成針尖形狀，經(jīng)驗(yàn)表面，如此得到的Pt-Ir針尖和W針尖均可用于原子級(jí)的高分辨成像。缺點(diǎn)：重復(fù)差第36頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月另外一種加工方法是研磨法：①先將d=0.1mm的鉑金絲用磨石打磨成頂角為90o左右的圓錐狀②用粒徑1μm以下金剛石粉進(jìn)一步研磨③用乙醇和超純水超水清洗干凈④用光學(xué)顯微鏡觀察針尖尖端的形貌第37頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.2.5計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在STM中的主要任務(wù)：儀器控制、數(shù)據(jù)采集、圖像顯示、處理以及存儲(chǔ)等。

1.3掃描隧道顯微鏡的特點(diǎn)：第38頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月①具有極高的分辨率，STM在平行與垂直于樣品表面二個(gè)方向上的分辨率可達(dá)0.1nm和0.01nm，而一般原子的半徑即為0.1nm量極，故利用STM可以直接觀察分辨出單個(gè)原子②可以實(shí)時(shí)獲得在實(shí)空間表面的三維圖像，從而可用于觀察和研究各種表面結(jié)構(gòu)。第39頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

③可在各種不同環(huán)境下工作，如真空、大氣、常溫、變溫等環(huán)境，樣品還可以放置于液相中。

STM對(duì)樣品的制備無(wú)特殊要求，觀察過(guò)程中不對(duì)樣品造成損傷因此不僅適用于物理與化學(xué)過(guò)程的監(jiān)制，而且將特別適用于生物樣品及生物過(guò)程的觀測(cè)。第40頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

適用于各種導(dǎo)電樣品的表面結(jié)構(gòu)研究，對(duì)有機(jī)物等需設(shè)法將其固定在平整的導(dǎo)電基底表面。④利用STM針尖，可以對(duì)原子和分子進(jìn)行操作，甚至可以在表面移走原子而構(gòu)成圖形。第41頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.4STM的應(yīng)用：①表面結(jié)構(gòu)觀測(cè)

STM是研究表面原子結(jié)構(gòu)強(qiáng)有力的工具，盡管有些時(shí)候并不能將STM圖像的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)簡(jiǎn)單地歸結(jié)為原子的空間排布情況，但人們利用STM可解決許多表面科學(xué)問(wèn)題。例如：Si（111）表面的7×7重構(gòu)結(jié)構(gòu)。第42頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月②表面化學(xué)反應(yīng)研究

STM對(duì)工作環(huán)境的要求相當(dāng)寬松，可以在大氣、空氣、溶液、低溫、高溫等環(huán)境下工作，這是STM技術(shù)的一個(gè)重要特色。由此可以方便地研究表面化學(xué)反應(yīng)。

第43頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例如：可系統(tǒng)研究表面上發(fā)生的各種化學(xué)反應(yīng)，研究各種表面吸附和表面催化問(wèn)題，直接在溶液中考察電化學(xué)沉積和電化學(xué)腐蝕過(guò)程等。第44頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月③納米尺度的加工

STM不僅僅是被動(dòng)地觀測(cè)表面結(jié)構(gòu)的工具，并且可用來(lái)誘導(dǎo)表面發(fā)生局域的物理和化學(xué)性質(zhì)的變化，以對(duì)表面進(jìn)行納米尺度的加工，構(gòu)成新一代的納米電子器件或者發(fā)展新一代的超高密度信息存儲(chǔ)器件。第45頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例如美國(guó)商用機(jī)器公司（IBM）的科學(xué)家首次利用掃描隧道電子顯微鏡（STM）直接操作，成功的在Ni基板上按自己的意志去安排Xe原子組合成IBM字樣，首次實(shí)現(xiàn)了原子三維空間立體搬遷。第46頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第47頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1993年我國(guó)中國(guó)科學(xué)院北京真空物理實(shí)驗(yàn)室的研究人員在常溫下以超真空掃描隧道顯微鏡（STM）用探針撥出Si晶體表面的Si原子，在晶體表面形成中國(guó)圖形，筆畫(huà)的寬度為2nm(中學(xué)化學(xué)課本)。第48頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第49頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.原子力顯微鏡

我們知道STM是利用隧道電流進(jìn)行表面形貌及表面電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)的研究，

所以只能直接對(duì)導(dǎo)體和半導(dǎo)體樣品進(jìn)行研究，不能用來(lái)直接觀察和研究絕緣體、樣品和有較厚氧化層的樣品。

第50頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1986年Binning等發(fā)明了第一臺(tái)原子力顯微鏡(AtomicForceMicroscopyAFM）。原子力顯微鏡是掃描探針顯微鏡大家族中的第二成員，它在掃描隧道顯微鏡的基礎(chǔ)上提高了一步。它的組成如圖26.3所示

第51頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第52頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第53頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1原子力顯微鏡的工作原理及工作模式

工作原理：將探針裝在一彈性微懸臂的一端，微懸臂的另一端固定，當(dāng)探針在樣品表面掃描時(shí)，探針與表面之間存在極微弱的作用力(10-8～10-6N)，會(huì)使微懸臂發(fā)生彈性形變。第54頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月針尖和樣品之間的力與微懸臂的形變?chǔ)之間遵循虎克定律(HookeLaw)。

F=k×ΔZ其中,k為微懸臂的力常數(shù)。測(cè)定微懸臂形變變量的大小,就可以獲得針尖與樣品作用力的大小。第55頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月針尖有樣品之間的作用力與距離有強(qiáng)烈的依賴關(guān)系.一束激光經(jīng)微懸臂背面反射到光電檢測(cè)器,可精確測(cè)量微懸臂的微小變形。如小于0.01nm的變形,用激光束將之反射到光電檢測(cè)器后就變成了3～10nm激光點(diǎn)位移，測(cè)量精確度比較高，當(dāng)激光的波長(zhǎng)為670nm時(shí)極限的分辨率可以達(dá)到0.003nm。第56頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月檢測(cè)方式:

恒力模式恒高模式恒力模式:通過(guò)反饋系統(tǒng)使探針、樣品表面作用力保持恒定，當(dāng)探針在xy平面內(nèi)掃描時(shí)，探針的z向運(yùn)動(dòng)就可反映樣品表面形貌及其它表面結(jié)構(gòu)。這種檢測(cè)方式為恒力模式。第57頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月恒高模式：在x、y平面內(nèi)掃描時(shí),不使用反饋回路，保持針尖與樣品絕對(duì)距離恒定，直接檢測(cè)微懸臂Z方向的變量來(lái)成像。這種檢測(cè)方式為恒高模式。對(duì)于表面起伏較大的樣品不適合。第58頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微懸臂形變的檢測(cè)方法

我們講的測(cè)量微懸臂形變的檢測(cè)方法為光束偏轉(zhuǎn)法除光束偏轉(zhuǎn)法外還有其他微懸臂形變的檢測(cè)方法：①隧道電流檢測(cè)法②電容檢測(cè)法③光束干涉法④壓敏電阻檢測(cè)法第59頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由于針尖與樣品之間的作用力為微懸臂的力常數(shù)和形變量的乘積，所以上述所有方法都不應(yīng)影響微懸臂的力常數(shù)。而且對(duì)形變量的檢測(cè)須達(dá)到納米級(jí)以上。由于光束偏轉(zhuǎn)法比較簡(jiǎn)單，而且技術(shù)上容易實(shí)現(xiàn)，所以目前AFM儀器中應(yīng)用最為普遍。

第60頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月AFM的操作模式，主要有三種：①接觸模式②非接觸模式③輕敲模式①接觸模式中，針尖始終和樣品接觸，以恒高或恒力的模式進(jìn)行掃描。掃描過(guò)程中，針尖在樣品表面滑動(dòng)。第61頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月這種模式的分辨率高，可得到穩(wěn)定的、分辨率高的圖像。但不適用于研究生物大分子，低彈性模量樣品以及容易移動(dòng)和變形的樣品。（橫向掃描時(shí)施加在樣品上有額外作用力）第62頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)非接觸模式：是指探針離樣品表面上面并有一定距離，始終不與樣品接觸，這時(shí)微懸臂電壓陶瓷器件產(chǎn)生高頻振動(dòng)，頻率接近其固有振動(dòng)，針尖與樣品間的相互作用力對(duì)其距離的變化將會(huì)直接影響到微懸臂的振動(dòng)頻率及振幅，第63頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

用光學(xué)方法測(cè)量振幅的變化就可得知探針與樣品表面作用力的變化，即可測(cè)得樣品，形貌等。但由于針尖和樣品之間的距離較長(zhǎng)，分辨率較接觸式低，而且操作也相對(duì)較難，所以非接觸模式目前基礎(chǔ)上未被采用。第64頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第65頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(3)輕敲模式中，探針在樣品表面上以接近微懸臂固有頻率振動(dòng)，振蕩的針尖交替地與樣品表面接觸和抬高，這種交替通常每秒鐘5×104～5×105次。針尖與樣品接觸可以提高分辨率，針尖抬高離開(kāi)樣品時(shí)，可避免在表面形成拖刮。這一模式也是利用壓電陶瓷通過(guò)微懸臂振動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。第66頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月它結(jié)合了上述兩種模式的優(yōu)點(diǎn)，既不損壞樣品又有較高的分辨率，可適用于生物大分子、聚合物等軟樣品的成像研究，對(duì)于一些與基底結(jié)合不牢固的樣品也降低了針尖對(duì)表面結(jié)構(gòu)的搬運(yùn)效應(yīng)。另外還有兩種工作模式：插行掃描模式和力調(diào)制模式第67頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2原子力顯微鏡的裝置和STM一樣，AFM也有：

振動(dòng)隔絕系統(tǒng)

機(jī)械系統(tǒng)

針尖系統(tǒng)

電子系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)幾個(gè)大的部分組成。第68頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月其關(guān)鍵部分仍是針尖系統(tǒng)。

這里，針尖感受的不是隧道電流，而是原子間的相互作用力，因此它由帶針尖的力敏感元件和力敏感元件運(yùn)動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成，其反饋電路也用于臨控力敏感元件的運(yùn)動(dòng)。第69頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月AFM對(duì)于隔絕振動(dòng)，樣品逼近，掃描和反饋控制，計(jì)算機(jī)圖像存儲(chǔ)和處理以及顯示系統(tǒng)等方面，可利用STM技術(shù)稍加改進(jìn)。但微懸臂及其針尖是AFM所特有的，并且是技術(shù)成敗的關(guān)鍵之處，所以我們主要介紹AFM力傳感器上的微懸臂及其針尖第70頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月AFM微懸臂要求：①相對(duì)低的力常數(shù)，即受到很小的力就能產(chǎn)生可檢測(cè)到的位移。（K=F/ΔZ）②為了得到與STM相當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)采集速度和成像帶寬，要求微懸臂的共振頻率應(yīng)大于10KHZ。第71頁(yè)，課件共82頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月③對(duì)微懸臂橫向剛性的要求是減小橫向力的影響，以防止圖像失真，故通常將微懸臂制成V字形，以提高橫向剛性。④如果采用隧道電流方式來(lái)檢測(cè)微懸臂的位移。其背面必須要有金屬電極。若采用光束偏移法時(shí)，則要求微懸臂的