SPM:什么是扫描探针显微镜?

扫描探针显微镜(SPM)是一种使用物理探针而不是光来观察样品表面的方法。这提供了通过光学显微镜无法获得的丰富信息。SPM的原子分辨率可以常规地解析亚纳米级的特征，甚至超过了扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等先进技术。

本文将进一步详细介绍SPM的工作原理和应用。万博电脑网页版登录

什么是SPM?

任何扫描探针显微镜(SPM)的核心都是这个微型物理探针，它具有非常锋利的纳米级尖端，可以与样品相互作用。spm有许多不同类型，正是这种尖端-样本相互作用的性质将它们区分开来。

扫描隧道显微镜(STM)，首次发展于1982年，被认为是第一种形式的SPM。在STM中，物理传感探头是一根细线，它被切割或蚀刻成非常锋利的尖端。SPM光栅的压电扫描仪在样品表面扫描这个尖端。STM通过测量尖端和样品之间的隧穿电流来感知表面。电流测量范围从小于1皮安培到几纳安培，并随尖端-样品距离呈指数变化，这使得它成为一个非常灵敏的传感器。然而，这种相互作用设置了STM的主要缺点之一-样品必须导电。

1986年原子力显微镜(AFM)的发展解决了这一限制。AFM用微加工探针取代了STM的线探针，通常由光刻和蚀刻硅片形成。

AFM探针由一个毫米级的“芯片”组成，它被连接到悬臂上，悬臂通常是矩形的，长度低于200微米，宽几十微米。在这个悬臂的最末端，一个非常锋利的点(“尖端”)向下延伸了几微米，并在一个半径约为10纳米的细点上终止。这个悬臂形成一个弹簧，当尖端接触样品表面时，弹簧弯曲。这种弯曲可以被AFM检测到，最常见的方法是将激光反射到悬臂的背面，并使用分裂光电二极管探测器测量反射点的运动。尽管与STM中使用的原理不同，但这种基于悬臂的AFM检测器对尖端样品位置也非常敏感。

SPM工作原理

在非常基本的层面上，SPM的概念类似于唱机的触控笔在唱片上追踪沟槽的方式。SPMs图像通过光栅扫描样品尖端来回，逐行扫描样品，同时以正交方向缓慢扫描向下穿过图像区域。

SPM的典型图像区域可以大到100微米，也可以小到几纳米。传统的定位技术随后是不合适的，因为它们产生的运动规模可能比所需的大几个数量级。相反，压电晶体被用于SPM的样品定位。这些陶瓷材料在电场的作用下膨胀，产生微尺度的运动。

SPM工作模式

SPM的主要优点之一是它有无数种操作模式，因为不同类型的尖端-样本相互作用提供了关于样本的不同信息。最常见的SPM模式是扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)。AFM可以进一步细分为两个主要的工作模式组，接触模式技术和动态模式技术。

在接触模式下，尖端与样品接近，直到它接触到样品，此时悬臂开始弯曲。尖端对试样的推力越大，悬臂梁弯曲程度越大。位置敏感光电探测器连续测量悬臂偏转作为反射激光的函数。电子反馈环监测这种偏转，并上下移动尖端，以保持偏转(因此尖端-样品相互作用力)恒定，因为尖端是光栅扫描整个样品。这种垂直运动被记录为样品表面的地形。由于尖端和样品是在不断接触的情况下扫描的，这种力会使AFM尖端变钝，甚至损坏样品表面。接触模式随后在今天很少使用，除了各种相关模式，其中AFM尖端被用作纳米级电极，在成像时测量电学性质。

动态AFM模式的发展，以减少潜在的尖端和样品损坏。这类模式通常被称为“交流模式”，因为悬臂梁在其共振频率附近振动，导致它以正弦运动向上和向下移动尖端。当尖端与样品表面接触时，这种运动因吸引或排斥相互作用而减小。而不是测量悬臂的准静态挠度，如在接触模式，交流模式测量这一运动的幅度。与接触模式类似，该振幅由反馈回路跟踪和监测，以跟踪样品地形。因此，尖端在扫描时间歇性地接触样品，这导致了它的另一个常用名称，“敲击模式”。这种AFM工作模式是现代AFM最常用的模式，因为它对尖端和样品都更温和，同时仍然能够获得与接触模式一样好的分辨率，甚至更好。

来自庇护研究的AFM技术

Asylum Research是AFM学术研究和工业研发的领先权威机构之一。我们提供创新的原子力显微镜(AFMs)系列，具有专门的系统，适用于不同的操作领域，包括Cypher, MFP-3D和Jupiter AFMs，可以在相同的纳米级分辨率下测量电气，机械和功能特性。

如果你想了解更多SPM,只需联系我们直接。

下载我们的白皮书了解更多!