扫描探针显微镜的进展

扫描探针显微镜（SPMs）经过近30年的发展，已经应用到科学研究的各个方面。为适应不同研究的需要，扫描探针显微镜本身的发展也非常迅速。如其中原子力显微镜（AFM）从发明初期的单一的接触工作模式发展到包括可以测量粘弹性的相位模式在内的多种工作模式，同时通用型方面也高度发展，已经形成了一个庞大的高度自动化的扫描探针显微镜的家族。在这个家族中，严格环境控制的扫描探针显微镜的出现，很好的解决了各种务件下对样品的原位观察，环控化扫描探针显微镜的发展已经引起了人们的足够重视，必将成为扫描探针显微镜发展的一个重要方向。新近出现的各种显微镜集成的扫描探针显微镜系列是这个家族中的新成员，这个成员可以同时完成大范围、高分辨和精确定位等各种研究，必将在半导体制造厂的异物检查、金属和绝缘体等表面测定以及生物大分子研究等领域发挥重要作用。扫描探针显微镜的发明和发展促进了一门新兴的高科技——一纳米科学技术的诞生，宣告一个科枝新纪元，纳米科技时代已经来临。     

扫描探针显微镜

本文对近几年发展起来的扫描探针显微镜及其应用作了简要介绍。     

表面分析仪器及其技术进展（二）——扫描探针显微学

本述评综合了1997年10月至1999年12月国际上在扫描探针显微学领域的发展情况,着重强调了目前流行的,用扫描探针显微学研究的最重要的一些途径。     

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。     

压电微音叉扫描探针显微镜测头研究

压电微音叉具有良好的谐振特性，并易于实现其振动的检测。利用这些特性，与钨探针结合，构成了一种新型的表面轮廓扫描测头。该新型测头与X-Y压电工作台结合，采用与TM-AFM相同的工作原理，构成了扫描探针显微镜。介绍了压电微音叉扫描测头的构成、工作原理及主要特性，给出了所构成的扫描探针显微镜测量系统。通过实验及其结果，证明了新型测头具有高垂直分辨率、低破坏力等优点。除此之外，由于采用了有效长度大的钨探针，使大台阶微观表面的测量成为可能。     

石英音叉扫描探针显微镜

石英音叉是一种谐振频率稳定、品质因数高的时基器件,其音叉臂的谐振参数(谐振振幅和谐振频率)对微力极其敏感。利用石英音叉对外力的敏感性,与钨探针结合,构成一种新型的表面形貌扫描测头。该测头与xyz压电工作台结合,利用测头音叉臂谐振频率对扫描微力的敏感性,研制基于相位反馈控制的扫描探针显微镜。首先介绍石英音叉测头的构成、工作原理和特性测试,以及由该测头构建的扫描探针显微镜的结构和测试、分析。通过对测头和系统的测试结果分析,系统达到1.2 nm的垂直分辨率,并通过对一维栅的测量,给出扫描获得的试样表面微观形貌图以及相位图,证明系统的有效性。另外,由于采用大长径比的钨探针,该系统具有测量大深宽比微器件表面轮廓的能力。     

模块化扫描探针显微镜的研究

介绍一种多功能、模块化扫描探针显微镜,它综合了ＳＴＭ、ＡＦＭ、ＭＦＭ、ＦＦＭ等的功能,不仅能检测物质表面微观形貌,还能检测微小静电力、磁力、原子力和摩擦力,具有较好的灵活性和较宽的应用范围。     

用于SPM技术的多维纳米定位系统

扫描探针显微术是微观表面探测的关键技术,而多维定位系统是其重要组成部分.介绍了扫描探针显微技术中典型纳米级定位系统的结构、组成及其驱动技术,如压电驱动、静电驱动以及磁悬浮驱动等,分析了柔性支承微动机构的设计,并对本领域的研究热点和发展方向进行了总结和探讨.     

开放式多功能扫描探针显微镜系统

开放式多功能扫描探针显微镜、集成扫描隧道显微镜、原子力显微镜、横向力显微镜和静电力显微镜．具有接触、半接触和非接触工作模式，可进行作用力、电流、电位、光能量等参数的高度局域综合测量,具有极高的开放性和可扩展性，支持用户进行二次开发。     

激光三角法扫描测头特性的研究

在分析了激光三角法位移测量原理的基础上,以ＩＢ－１２型激光三角法位移传感器为实例,研究了激光三角法位移传感器的使用特性,补偿非线性误差、倾斜角误差,提高了测量精度,使其能够作为非接触式扫描测头用在三坐标测量机上,完成空间自由曲面的非接触扫描测量。     

基于SPM的纳米加工技术研究

扫描探针显微镜（SPM）纳米加工技术是当前非常活跃的纳米加工研究领域,其研究成果有可能成为微纳米器件制作的主要方法。论文主要介绍了单原子操纵、阳极氧化法,以及机械刻蚀加工等SPM纳米加工方法的机理、特点及研究进展动向。     

扫描测头中CCD摄像机测量模型和坐标转换

基于激光三角法测量原理的扫描测头广泛应用于现代的工业生产中,现已成为人们研究的重点,而CCD摄像机是扫描测头的核心部位。本文通过介绍基于线结构光扫描测头的测量原理,引出了CCD摄像机的测量模型和坐标转换,使其成为研究扫描测头的核心技术。阐述了扫描测头在自主研制的关节臂测量机上的应用。     

Applications of Scanning Probe Microscopies in Technology and Manufacturing

Within the last 10 years the scanning probe microscopies (SPMs) have been applied to a variety of problems with the main emphasis on scientific applications. The SPM techniques have to date also found their technical applications. The simple concept can easily be adapted to a variety of different applications in high technologic manufacturing processes. The scanning tunneling microscope is now considered as a standard measuring equipment, in the meantime there exists a whole family of SPMs with promising applications in not only a pure scientific environment but also in a manufacturing environment. As examples for industrial applications, we report on magnetic force microscopic investigations, on magnetic storage device components, and on a relatively new technique for nanohardness investigations of thin-films by an atomic force microscope.     

基于相位反馈控制的压电微音叉扫描探针显微镜

压电微音叉具有谐振频率稳定、品质因数高和易于实现音叉臂的振动检测等优点。利用微音叉的这些特性,将其与钨探针结合,构成了压电微音叉扫描探针显微镜(SPM)测头,可实现对微观表面的测量。该测头扫描时,压电微音叉的谐振频率被试样表面原子和钨探针尖端原子间的作用力调制。探针的谐振状态通过锁相环路(PLL)实现,微音叉测头与试样间的恒定测力及测头的Z向定位通过相位反馈控制实现。此外,测量系统可同时获得试样表面的微观轮廓图和相位图。     

Scanning probe lithography for fabrication of Ti metal nanodot arrays

We report fabrication of Ti metal nanodot arrays by scanning probe microscopic indentation. A thin poly-methylmethacrylate (PMMA) layer was spin-coated on Si substrates with thickness of 70 nm. Nanometer-size pore arrays were formed by indenting the PMMA layer using a cantilever of a scanning probe microscope. Protuberances with irregular boundaries appeared during the indentation process. Control of approach and pulling-out speed during indentation was able to dispose of the protrusions. Ti metal films were deposited on the patterned PMMA layers by a radio-frequency sputtering method and subsequently lifted off to obtain metal nanodot arrays. The fabricated metal nanodot arrays have 200 nm of diameter and 500 nm of interdistance, which corresponds to a density of 4×10⁸/cm². Scanning probe-based measurement of current–voltage (I–V) behaviors for a single Ti metal nanodot showed asymmetric characteristics. Applying external bias is likely to induce oxidation of Ti metal, since the conductance decreased and volume change of the dots was observed. I–V behaviors of Ti metal nanodots by conventional e-beam lithography were also characterized for comparison.     

克林贝格三维线性测头的结构分析

详细分析了克林贝格三维线性测头(K3D)结构具有三个轴向运动质量、偏转力和偏转刚度相等,且动态特性一致的结构特点,并对其三个方向的偏转结构、"共平面"结构以及主动测量结构着重进行了结构分析,其"共平面"结构极大地减小了在XZ-平面的阿贝误差,并通过一对梯形双轴铰链杆将沿探针轴向的偏转位移转移到测头后部进行测量,设计非常巧妙,克服了三层嵌套式结构三轴向偏转运动质量不相等的缺点,另外在直角双轴杆处设计了一个可分离的主动测量机构使得测头具备主动向任意方向偏转测量的主动测量功能。