扫描隧道显微镜钨针尖的制备与表征

采用直流电化学刻蚀方法制备扫描隧道显微镜钨针尖,研究了电化学刻蚀过程中NaOH溶液浓度、钨丝浸入长度和刻蚀电压对针尖形貌的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)测量针尖曲率半径和针尖纵横比值,以表征针尖的尺寸和形状;通过能谱仪(EDS)分析针尖表面成分,以表征表面清洁度;通过场发射显微镜(FEM)得到Fowler-Nordheim (F-N)曲线来检测针尖发射性能。实验结果表明,当溶液浓度为2 mol/L、钨丝浸入长度为4 mm、刻蚀电压为3 V时,可以得到曲率半径约为100 nm、纵横比值为13的针尖,且表面无钨的氧化层。FEM结果显示当对针尖施加500 V的负偏压时,针尖可以稳定发射50 nA量级的电流,且针尖性能具有良好的一致性。     

大气状态下AFM针尖诱导氧化加工Ti膜的机理分析

通过AFM针尖诱导氧化加工Ti膜的实验得到了凸出的Ti膜氧化物高度与偏置电压成线性关系,并和针尖扫描速度成负对数关系,在前人的基础上深化了AFM针尖诱导氧化加工的机理和理论模型,分析得到了合适的加工条件即:偏压为8V,扫描速度为0.1μm/s.     

大气状态下AFM针尖诱导氧化加工Ti膜的机理分析

通过AFM针尖诱导氧化加工Ti膜的实验得到了凸出的Ti膜氧化物高度与偏置电压成线性关系,并和针尖扫描速度成负对数关系,在前人的基础上深化了AFM针尖诱导氧化加工的机理和理论模型,分析得到了合适的加工条件即:偏压为8V,扫描速度为0 .1μm/ s.     

针尖扫描原子力显微镜的光点跟踪设计

提出了一种用于针尖扫描原子力显微镜(AFM)的光点跟踪设计方案,结构简单,容易实现。设计方案对扫描器的负载能力要求不高,而且能使原子力显微镜实现较大范围的针尖扫描。实验结果表明,采用此光点跟踪设计方案的针尖扫描原子力显微镜能实现最大100μm×100μm范围的扫描,z方向上的误差最大1 nm,能很好地满足大样品扫描的需要。     

大气状态下AFM阳极氧化加工Si的研究

Si纳米氧化线是构筑基于Si的纳米器件的基础。通过AFM针尖诱导阳极氧化加工的n型Si(100)的实验得到凸出的n型Si(100)氧化物高度和偏置电压成线性关系,与针尖扫描速度成负对数关系,并在前人的基础上深化了AFM针尖诱导氧化加工的机理和理论模型,得到了合适的加工条件为偏压8 V和扫描速度1μm/s。     

利用优化差分电路制作扫描隧道显微镜针尖

扫描隧道显微镜是一种分辨率极高的表面研究仪器,针尖对其工作过程及图像质量有决定性的影响。本文针对目前针尖腐蚀成功率较低和不稳定的缺点,提出了一种新的电路。该设计改变了反应电流的测量机制,使实际反应电压在实验过程中保持稳定,同时为了得到更加尖锐的针尖,利用差分电路监控反应过程的电流变化,能够在反应结束的瞬间立刻切断电路,避免了过度反应使针尖变钝。最后,通过观察反应电压,阴极圆环位置,差分电路灵敏度以及电解液浓度对针尖质量的影响,给出了合适的反应参数,并且比较了差分电路和传统电流阈值监控法的优缺点。结果表明新电路在稳定性上有所提高,与电流阈值监控法相比,针尖质量更好,另外扫描隧道显微镜测试结果也表明针尖质量完全符合要求。     

一种尖锐扫描隧道显微镜针尖的制备方法

采用电化学刻蚀方法来制备针尖,然后通过提拉法得到与静态刻蚀相比更尖锐的针尖。本文研究了提拉速度对针尖形貌的影响,采用扫描电子显微镜(SEM)观察了针尖形貌。结果表明,当提拉速度过慢时,得到的针尖形貌与静态刻蚀相似,无明显优势;当提拉速度过快时导致钨丝尖端离开液面无法刻蚀;提拉速度为4μm/s时可以得到尖锐的针尖。     

扫描隧道显微镜钨针尖氧化层去除的化学方法

电化学腐蚀得到的扫描隧道显微镜(STM)钨针尖表面通常覆盖了一层钨的氧化膜,这层氧化膜的存在很大程度上影响了STM扫描图像质量.本实验采用氢氟酸对新制备出的钨针尖进行去氧化层处理,并通过对比两组高序热解石墨(HOPG)STM图像和金样品的扫描隧道谱来论证这种去氧化层手段的有效性.     

两种纳米级针尖的制作和应用

本研究组自制了用于JEOL 6301F扫描电子显微镜(SEM)的纳米操纵台。作为操纵台的一部分，纳米级针尖被用来直接对样品施加力或加载电信号等，是影响实验能否顺利进行的重要因素。这里简单介绍制作曲率半径在纳米级的钨针尖和多壁碳纳米管针尖的方法及利用钨针尖进行原位拨动石墨片     

碳纳米管原子力显微镜针尖的研究

本文研究了制作碳纳米管原子力显微镜针尖的方法和过程。在光学显微镜下，通过两个微工作台操纵将纯化后的多壁碳纳米管粘结在传统的原子力显微镜的Si针尖上。运用电蚀的方法优化碳管针尖的长度使其达到高分辨率的要求。我们运用制作的碳纳米管针尖在敲击模式下时G型免疫球蛋白进行扫描成像，结果显示了其典型的Y形结构，这是传统AFM的Si针尖无法获得的。     

竖立在晶态金表面上的短单壁碳纳米管

合成和提纯了单壁碳纳米管(SWCNTs),用胶体将其竖直地组装在金薄膜表面上。用此组装技术制造了扫描隧道显微镜(STM)的针尖,成功地观测到了金晶粒的形貌像和高定向石墨的原子像。SWCNTs竖立在金表面上对于电学特性测量,制造场发射电子源,组装纳米电子器件,制作扫描探针显微镜(SPM)针尖等有重要意义。     

一种新型扫描隧道显微镜针尖腐蚀仪的设计

针对扫描隧道显微镜的针尖腐蚀系统,提出了一种新的电路,改变了反应电流的测量机制,克服了以往腐蚀过程中电压变化的缺点,提高了针尖制作的成功率。在此基础上对比了新旧两种电路的效果,并测量了腐蚀电压,截止电流以及钨丝浸入长度对针尖质量的影响,发现反应参数的改变对针尖特征的影响是多方面的,必须均衡考虑才能提高成功率,最后,作者在合适的参数条件下观察了整个腐蚀过程,并检测了针尖的使用效果。     

基于自相关的AFM快速成像

原子力显微镜(AFM)的原理是利用针尖与样品表面原子间的微弱作用力来作为反馈信号,维持针尖——样品间作用力恒定,同时针尖在样品表面扫描,从而得知样品表面的高低起伏。然而,原子力显微镜得到的数据是一维的,如何从这一维的数据恢复出被扫描样本的二维图像是一个值得关心的问题。本文主要通过以自相关为核心的相关算法,以Labview为平台,快速从得到的一维数据恢复出被扫描样品的二维图像,从而为进一步的研究提供了便利。同时扩展该算法的用途以作为一种简易滤波器。     

竖立在晶态金表面上的短单壁碳纳米管

合成和提纯了单壁碳纳米管（ＳＷＣＮＴＳ）,用胶体将其竖直地组装在金薄膜表面上,用此组装制造了扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）的针尖,成功地观测金晶粒的形貌像和高定向石墨的原子像,ＳＷＣＮＴＳ竖立在金表面上对于电学特性测量,制造场发射电子源,组装纲伙电子器件,制作扫描探针显微镜（ＳＰＭ）针尖等有重要意义。     

MOS型摄象器件的分析

MOS型固体摄象器件是和CCD并行发展的一种摄象器件,它具有单电源、低功耗、扫描方式灵活等特点,是一种很有实用价值的固体摄象器件.本文主要介绍了MOS型固体摄象器件的工作原理、固定图形噪声及抑制方法、分辨率、读出特性、低速扫描特性及用这种器件组成的摄象系统.     

粉末样品的原子力显微镜研究方法

本文提出了用纯净水对粉末样品充分湿润以后,把粉末样品置于空气中,待其自然蒸发到样品表面只有分子结合水以后再进行AFM扫描成像的粉末样品原子力显微镜研究方法。通过分析实验过程发现,原始粉末样品颗粒表面大量的过剩电荷被分子结合水层中和,解决了扫描过程中颗粒易于粘到针尖上的问题;颗粒间存在的分子结合水与毛细管水,使颗粒之间结合牢固,解决了扫描过程不稳定的问题。实验结果表明,该法获得的粉末样品形貌图清晰真实,且具有简单易行,适用范围广的特点。另外,该方法提出了一种针尖在大气中振动．而被扫描样品在液体中的复合扫描环境,具有进一步深入研究和推广的价值。     

原子力显微镜激光光路调整方法

ＣＳＰＭ 930ｂ型多功能扫描探针显微镜经常需要进行手动激光光路调整。该仪器使用说明书[1] 介绍的调整方法可操作性差、手续繁琐、过程冗长 ,且难以判断激光束是否准确照射到微悬臂针尖背面的镀金层上 ,往往造成误判而导致微悬臂针尖被撞断裂。而且 ,按照原有方法操作者需要长时间全神贯注观察激光斑 ,使用者眼睛极易疲劳甚至造成损伤。笔者使用该仪器过程中 ,对光路调整方法进行了大量试验 ,摸索出了一套操作方便 ,容易准确判断针尖位置的有效方法。现总结交流如下。调整方法ＣＳＰＭ 930ｂ扫描探针显微镜ＡＦＭ部分激光光路如图 1所示。…     

STM中各种金属针尖／基底组合下的蒸发场强计算

稍前通过引入有效结合能的概念,本文作者重新建立了扫描隧道显微镜的蒸发场强公式,并计算了若干同种金属针尖与金属基底组合下的蒸发场强。本文进一步给出了更多的计算实例,特别是重点讨论了异种金属针尖与金属基底组合下的蒸发场强计算。为了确定不同针尖样品间距时的有效结合能,本文提出了一个普适函数,来描述吸附原子离金属基底不同距离时的原子势能曲线。     

利用图像中的探针信息获取探针形貌的方法

扫描探针显微技术已在纳米甚至原子级的形貌获取中得到了广泛地应用。其分辨本领在很大程度上依赖于探针的形貌尺寸。传统的检测探针的方法大多对针尖的损伤很大或需要复杂的仪器,这就使这些方法带有一定局限性。本文提出利用扫描图像中反映的探针信息数值求解探针形貌的方法,利用探针扫描不同样品所得到的扫描图像还原探针的形貌,结果显示用此算法能够还原出原针尖的形貌。为了更好地与实际结果对比,用原子力显微镜扫描图像来验证此方法的正确性,结果显示反构造的探针形貌结果与MI公司所提供的探针尺寸吻合很好。     

振动与扫描速率综合影响SPM图像的实验研究

探讨了外界激振对扫描探针显微镜(SPM)图像的影响。针对DI扫描探针显微镜MultiMode^TM SPM，以Tektronix任意波形发生器AWG202l驱动PC扬声器作为激振源，以SIOS微型激光干涉测振仪SP—S为测振系统，研究了0～7kHz频带内SPM机体的简谐迫振对扫描图像的影响。实验表明，针尖-样品副所受激振影响不同于SPM机体；0～1kHz频带内的激振影响显著，再高频段则影响甚微；外界激振与SPM扫描的综合作用影响成像的结果；针尖-样品副的粘弹性模型是SPM振动影响研究的指导理论。