使用自激振荡法提高原子力光子扫描隧道组合显微镜的扫描速度

介绍了采用频率偏移控制样品/探针间距的原子力光子扫描隧道组合显微镜(AF/PSTM)。制备了尖端直径100nm,锥角为60～90°的锐利大锥角探针用于轻敲自激振荡模式的AF/PSTM,该探针固定在压电陶瓷片上置于一个正反馈回路中激励探针振荡。使用锁相器解调自激振荡探针的频率,调整Z方向压电陶瓷的运动使得锁相器检测到的值维持恒定来跟踪样品的起伏。对外加激励模式和自激振荡模式进行了对比。理论分析表明,自激振荡方法减小了探针响应时间;测试试验显示,采用自激振荡模式AF/PSTM的带宽为50Hz,比外加振荡模式快一个数量级。采用改进后的仪器对光栅样品以1Hz的速度进行了扫描,扫描结果显示,采用自激振荡的方式得到的形貌和光学图像比外加激励模式更清晰,不仅响应时间更快,通过提高Q值还可以提高分辨率而不会增加系统进入稳态的时间。     

传统光学显微镜与近场光学显微镜

近场光学显微镜是对于常规光学显微镜的革命。它不用光学透镜成像 ,而用探针的针尖在样品表面上方扫描获得样品表面的信息。分析了传统光学显微镜与近场光学显微镜成像原理的物理本质和两种显微镜系统结构的异同点。介绍了光纤探针的制作方法。重点讨论了近场探测原理、光学隧道效应及非辐射场的性质     

双成象单元扫描探针显微镜在纳米计量中的应用

研制了用于纳米计量的双成象单元扫描隧道显微镜一原子力显微镜，由扫描隧道显微镜参考单元和原子力显微镜被测单元组合而成。两者共用同一XY扫描器，同时对参考样品石墨和被测样品扫描成象。得到的石墨原子晶格参考图象与被测样品图象横向尺度相同，计数前者的原子晶格个数，即可精确测定被测样品图象的尺寸。利用本方法可对任何样品表面的超微观结构进行严格的纳米计量。     

与光学显微镜结合的扫描隧道显微镜

研制了一种与光学显微镜结合的扫描隧道显微镜。在CCD摄家机监视下，利用XY冲击式样品台，可将针尖移动到10×10mm2样品的任一特定区域扫描。仪器具有原子（A）量级分辨率，最大扫描范围可达2×2μm2。文中给出了本仪器获得的一些样品图像结果。     

变温超高真空扫描探针显微镜

扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）是一种可以在实空间观察到原子级分辨率图像的实验仪器,且发展出许多衍生仪器,如原子力显微镜（ＡＦＭ）、扫描近场光学显微镜（ＳＮＯＭ）等,统称为扫描探针显微镜（ＳＰＭ）。但是以往人多数ＳＴＭ是在室温条件下工作的,不能实时观察样品随温度变化的情况。本文介绍德国Ｏｍｉｃｒｏｎ公司新开发的变温超高真空扫描探针显微镜（ＶＴ ＵＨＶ ＳＰＭ）,它包括ＳＴＭ和ＡＦＭ两部分,可以在２５Ｋ～１     

近场光学显微镜

近场光学显微镜根据非辐射场的探测与成像原理,能够突破普通光学显微镜所受到的衍射极限,在超高光学分辨率下进行纳米尺度光学成像与纳米尺度光谱研究,本文简介近场光学的基本原理与近场光学显微镜的仪器发展;讨论近年来近扬光学显微镜的一些进展,接近原子分辨的超高分辨率光学成像,近场光谱与半导体量子器件,生命科学中超显微观察和近场荧光以及近场原理在产业化中的应用。     

光子扫描隧道显微镜（PSTM）的研制与应用

本文对光子扫描隧道显微镜(PSTM)的发展背景、成像机理、当前国内外发展动态及其技术价值都作了较为深入的研究,并从经典几何光学和波动理论上对PSTM显微成像机理进行了探讨。此外,对解决假像问题和高精度分辨的突破提出了初步的看法。     

用于纳米计量的双元扫描隧道显微镜

研制了用于纳米计量的双元扫描隧道显微镜 ,介绍了双元扫描隧道显微镜的原理和仪器系统 ,利用该系统对原子晶格图象进行扫描 ,验证了纳米计量的可行性 ,给出了部分被测样品的纳米计量结果     

双成像单元原子力显微镜及其在大范围纳米计量中的应用

为了实现大范围纳米计量,研制了双成像单元原子力显微镜,采用光栅作参考样品,同时对光栅和被测样品扫描成像,得到两幅具有相同横向尺度的图像,通过计算参考光栅的周期数,就能精确测定被测样品图像的尺寸。提出了一种实现大范围扫描和纳米计量的新方法,利用步进电机交替移动XY扫描器,扫描获得一系列的光栅样品图像和被测样品图像对,通过拼接对应的序列图像,可获得两幅大范围的光栅图像和被测样品图像,计数参考图像中光栅的周期数,即可测定被测图像的尺度,实现对被测图像的大范围纳米计量。     

近场光学显微镜及其在生物膜方面的应用

本文首先介绍近场光学显微镜的基本原理,然后介绍近场光学显微镜与传统光学显微镜、原子力显微镜、扫描隧道显微镜相比,在生物膜研究方面的优势。并在此基础上着重介绍近场光学显微镜在生物膜方面的应用。     

原子力显微镜在聚合物研究中的应用

原子力显微镜以其分辨率高、样品无需特殊制备、实验可在大气环境中进行等优点而广泛应用于聚合物研究之中,弥补扫描隧道显微镜不能观测非导电样品的缺憾。近年来,其应用已由对聚合物表面几何形貌的观测发展到纳米级结构和表面性能的研究领域。在介绍原子力显微镜工作原理的基础上,简要回顾其在聚合物研究方面的若干新应用,并对其应用前景作展望。     

原子力显微镜发展近况及其应用

扫描隧道显微镜(简称STM)和原子力显微镜(简称AFM),它们也可统称为扫描探针显微镜(简称SPM)。原子力显微镜(AFM) 是近十几年来表面成像技术中最重要的进展之一。与扫描电子显微镜相比,它具有较高的分辨率。本文将讨论原子力显微镜的工作原理、原子力显微镜的发展概况和应用。     

原子力显微镜成像技巧的探讨

原子力显微镜(Atomic Force Microscopy,AFM)的一个重要应用是对样品表面的微纳米尺寸特征进行成像,在扫描的过程中,实际成像图是原子力探针和样品共同卷积的结果,所以探针的选择、样品的制备直接决定成像质量。本文总结了探针的弹性系数、曲率半径、悬臂镀层对成像的影响,以及制样、装样时可能存在的问题,因此为获得更准确的成像,需要克服样品可能存在的这些问题,并选择适合的探针对其成像。     

运用碳纳米管原子力显微镜针尖减小长程力作用的研究

减小探针和样品表面之间的长程宏观力是原子力显微镜获得高分辨率成像的关键。首先通过理论分析得出影响长程力的主要因素是探针的几何形状和尺寸。然后分别运用几何形状和尺寸不同的原子力显微镜的传统Si针尖和碳纳米管针尖对样品进行扫描试验研究,结果显示碳纳米管针尖较传统针尖获得了高分辨率的图像。这一结果表明,碳纳米管针尖减小了成像中宏观长程作用力的影响,是理想的原子力显微镜针尖。     

单晶硅在氮离子注入前后的力学性能研究

以微机电系统常用的单晶硅材料和经氮离子注入单晶硅后形成的表面改性层为研究对象,在原位纳米力学测试系统上进行微压痕实验,对样品的表面纳米硬度进行了测试。同时,还通过该仪器的原子力成像功能对实验区域扫描成像,在纳米尺度下观察和分析形貌。结果表明:单晶硅在氮离子注入前后的纳米硬度值与载荷有很大关系。通过对微压痕和原子力图像的分析,表明单晶硅在氮离子注入后的纳米硬度值有所降低,其主要原因是氮离子注入后导致晶格抵抗变形的能力降低。     

气/液两用型原子力显微镜及其应用研究

发展了一种气/液两用型原子力显微镜(AFM)系统,讨论了其工作原理,给出了优化的气/液两用型探头及扫描与反馈控制电路。利用该型AFM系统分别对大气环境下的硅片以及液体环境下的刀片和多孔氧化铝样品进行了扫描检测。实验结果表明,该型AFM系统在大气和液体环境中均可扫描获得理想的AFM图像,分辨力达到纳米量级,扫描范围可达4000nm×4000nm,可满足各种微纳米扫描测量的要求。     

高精度STM.IPC-205BJ型原子力显微镜的设计

在成功研制高精度IPC-205B型STM基础上对硬件设计和软件配备进行改进,研制开发了更高精度和应用更广的原子力显微镜.阐述该原子力显微镜的工作原理、组成及应用,详细介绍镜体的独特设计与控制过程、微悬臂的制作与工作过程.该样机采用简单适用的新型微悬臂,利用扫描隧道显微镜检测微悬臂的起伏,通过四维机械驱动和双压电陶瓷扫描,能够有效提高扫描精度、扩大扫描范围.该原子力显微镜的分辨力为:横向0.1 nm,纵向0.01 nm.给出该机型检测的几种样品的扫描图像.     

单晶硅在氦离子注入前后的力学性能研究

以微机电系统常用的单晶硅材料和经氮离子注入单晶硅后形成的表面改性层为研究对象，在原位纳米力学测试系统上进行微压痕实验，对样品的表面纳米硬度进行了测试。同时，还通过该仪器的原子力成像功能对实验区域扫描成像，在纳米尺度下观察和分析形貌。结果表明：单晶硅在氮离子注入前后的纳米硬度值与载荷有很大关系。通过对微压痕和原子力图像的分析，表明单晶硅在氮离子注入后的纳米硬度值有所降低，其主要原因是氮离子注入后导致晶格抵抗变形的能力降低。     

基于 LSTM 的矩形纳米光栅 AFM 图像复原方法

原子力显微镜(AFM)利用探针与待测物之间的交互作用力进行成像,通过获取矩形纳米光栅计量标准器具的高分辨率成像得到相关的几何量参数并进行标定,实现从标准计量器具到工作计量器具的量值传递。在AFM扫描过程中,由于针尖的影响作用,使得扫描所获图像是探针和样品共同作用的结果,而不是样品形貌的真实描述。针对这一现象,本文提出了一种基于长短期记忆网络(LSTM)的AFM图像复原方法,该方法对通过膨胀法获得的仿真图像各扫描行进行训练,进而获得适用于矩形纳米光栅AFM图像复原模型。实验结果表明,针对线宽20 nm,高40 nm的矩形纳米光栅,经过该方法复原后光栅线宽的相对误差为7.40%,相较于传统的复原方法进一步提高了测量准确度。     

国产CSPM-930型扫描探针显微镜介绍

国产CSPM－930型多功能扫描探针显微镜，是一种与光学显微镜结合的、具有STM、AFM、LFM等多模式和功能的实用型仪器。该仪器在设计上考虑国内科研的实际需要，在分辨率等主要性能指标上毫不逊色于国外同类SPM产品，在性能价格比、适用性、及售后服务等方面有着明显的优势。在纳米科技的各个研究领域亦有着上乘的表现。