SPM图像模拟、表面重建及探针估计

扫描探针显微镜获得的图像是样品和探针共同作用的结果,它只是被测样品实际形貌的近似描述,所以进行定量的SPM图像模拟,探针估计和表面重建工作十分必要,本文分析比较了几种SPM图像处理的算法,且应用数学形态学方法给出了一些典型表面的图像模拟,表面重建以及探针估计的结果,这在样品表面形貌的精确探测以及纳米计量中均有重要意义。     

基于多层膜光栅的AFM探针结构表征研究

原子力显微镜是微纳米测量领域主要测量工具之一。由于原子力显微镜探针不可能无限尖锐,使得测量图像包含了一部分探针信息,这是其图像失真的一大影响因素。通过获取探针形状和尺寸,可以有效去除测量图像的"探针效应"从而提升准确度。文中以研制良好样品内一致性的探针校准器为目标,应用Si/SiO2多层膜光栅技术,初步研制了20 nm标称值的线宽结构用于原子力显微镜探针校准。表征结果显示,RFESP型(Rectangular Front Etched Silicon Probe)探针稳定扫描时探针前角由15°增加至36°左右,探针后角由25°增加至45°左右,呈现钝化趋势。由此表明,基于Si/SiO2多层膜光栅技术研制的线宽型探针表征器可以快速表征出探针侧壁角度信息,是原子力显微镜探针扫描过程中探针形貌快速监测和估计的有效手段,对于促进探针表征与图像准确度提升均具有重要意义。     

光子扫描隧道显微镜成像原理的数值研究

用二时域有限公司差分(FDTD)方法模拟光子扫描隧道显微镜(PSTM)的基本原理。计算包括玻璃，空气和平面探针三层模式。给出了样品在全内反射照射下总场分和的图像和在样品上方等高扫描的光强分布图。并且给出光子扫描隧道显微镜中的光子隧道效应即在样品上方用一亚波长尺度的微小探针可将隐失波转变为传输波的图片。结果表明FDTD方法是PSTM理论研究中的强有力的工具。     

基于线阵CCD扫描的测量技术

针对零件二雏几何尺寸的高精度非接触测量问题,提出了基于线阵CCD扫描测量的方法。通过对扫描同步的分析,很好地控制了扫描图像的失真。对CCD扫描图像设计了处理算法。由于需布置光源,而光源随时间会有所衰减,所以对图像采用边缘检测的算法,以减小光源亮度变化对图像测量的影响;由于获取的梯度是梯度带,同时为了不加剧边缘的不连续性,采用了细化算法。对闽断点进行插值,采用周长法计算直径,系统测量结果与采用千分尺进行测量的结果相比较,其测量误差不大于10μm。     

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。     

基于扫描隧道显微系统的垂壁微结构测量技术

该文主要介绍了一种基于扫描隧道显微系统的垂壁微结构测量技术.针对垂壁微结构常规测量手段对于几何外形突变区域难以达到需求的测量指标这一问题,该文提出对于经典扫描隧道显微系统进行改进实现测量样品安装平台可调角度控制,同时采用倾斜测量技术,对于样品测量区域正反向倾斜的重复扫描,最后通过实验数据倾斜矫正以及图像去耦合处理实现垂壁微结构的形貌三维扫描的测量方法.该方法在保持传统扫描探针显微系统局部细节测量精度的同时,对于垂壁结构能够进行完整的三维形貌重构,并且大幅度提高了测角精度,能够为微机电系统元器件结构性能评估提供了一定的参考.     

非接触式扫描离子电导显微镜技术在探测活体细胞表面微结构中的应用

扫描离子电导显微镜技术是在纳米尺度进行非导电的生物样品成像的一种新型扫描探针显微镜技术。通过成功制备扫描离子电导显微镜扫描探测用纳米尺度玻璃微探针,对其进行了功能性评估;而后通过绘制探针-样品接近曲线,阐述了扫描离子电导显微镜技术实现非接触高分辨率探测的工作原理;最后采用该显微镜技术对导电标准样品及活体肾上皮A6细胞进行了表面形貌扫描成像,并与A6细胞表面形貌的扫描电镜图像进行了对照。结果表明,扫描离子电导显微镜技术不仅可实现导电样品的扫描成像,而且适宜于在生理条件下、非接触式地研究活体细胞表面的三维形貌,从而为人们深入研究细胞表面微观结构与生理功能提供了全新的技术手段。     

扫描探针声显微镜原理及其应用

将声学检测技术与扫描探针显微术相结合,构成的扫描探针声显微镜,不仅可以检测材料表面、亚表面和内部的微小缺陷,还可以分析样品的弹性特性、电特性等物理性能,同时还具有分辨率高的特点,在材料科学和生命科学等领域具有很高的应用价值.目前,得到实际应用的扫描探针声显微镜主要有扫描隧道声显微镜和原子力声显微镜.本文介绍了这两类显微镜的基本工作原理,并对扫描探针声显微镜今后的发展方向进行了探讨.     

扫描近场光学显微镜中探针样品间距控制方法

在动态原子力与近场光学扫描显微镜中,探针与样品的间距关系到分辨率以及扫描速度这两个最重要参数的性能。在对几种主要的动态原子力/扫描近场光学组合显微镜的探针/样品间距控制模式分析的基础上,认为提高探针Q值是提高扫描显微镜分辨率的有效方法。但是,对采用检测控制探针振幅模式,期望在提高分辨率的同时加快扫描成像速度是不可实现的,因而限制了其发展的空间。而在检测控制探针频率模式下,提高探针Q值,可有效提高扫描探针显微镜的分辨率,且不会制约扫描成像速度的提高。该结论为将来的纳米操作和纳米超高密度光存储的实用化提供了可能,对大连理工大学近场光学与纳米技术研究所研制的原子力与光子扫描隧道组合显微镜(AF/PSTM)的改进和产业化具有积极意义。     

PSTM等强度扫描方式下减小假象的数值模拟

本文用多层薄膜理论的费涅耳系数矩阵法导出光子扫描隧道显微镜（ＰＳＴＭ）探测场计算公式,公式适用于四层介质三界面和三层介界面两种模式。用所得公式研究了等强度扫描下表面形貌测量时由样品表面起伏引起民附加的假象用π对称双照射样品方法减小假象。通过数值模拟给出了在不同入射角,偏振和不同探针至样品距离条件下减小假象的效果。上术 适用于ＰＳＴＭ测量样品折射率图像时减小由表面倾角引入的假象。     

利用STM针尖诱导铜表面刻蚀人工构筑表面电化学活性位

在电极电位稍负于其Nernst电位时,较正的探针电位可以诱导铜表面的局域刻蚀,同时,利用这一诱导刻蚀可以方便地人工构筑电极表面电化学活性位或特定的纳米结构,如现场构筑坑（pit),螺旋岛（spiral island)和岛（island)等电化学活性位,并现场研究它们相关的（电）化学反应。     

STM单分子剪裁术及其应用--纳米科技专家的手术刀

本文结合具体的实验,着重介绍了扫描隧道显微术（STM）诱导的单分子化学键断裂反应和成键反应（STM单分子剪裁术）的实验方法、剪裁机理和应用前景.STM单分子剪裁通过电压脉冲实现,化学键断裂和键合的能量来源于针尖和样品间发生非弹性隧穿的电子.STM单分子剪裁不仅可以对化学反应的路径进行控制,而且能控制和改变分子性质,实现某种物理效应,为单分子功能器件的制备提供一个重要的新方法.     

STM钨针尖电化学加工及其装置的改进

本文报导利用自由落体的原理，设计了一种新的针尖和液面脱离装置制作了STM钨针尖，并与利用步进电机提升针尖的方法进行了比较。分析和实验说明，本方法脱离速度较快，简单经济，效果良好。     

Electric‐Field‐Assisted Nanostructuring of a Mott Insulator

Here, the first experimental evidence for a strong electromechanical coupling in the Mott insulator GaTa₄Se₈ that allows highly reproducible nanoscaled writing by means of scanning tunneling microscopy (STM) is reported. The local electric field across the STM junction is observed to have a threshold value above which the clean (100) surface of GaTa₄Se₈ becomes mechanically instable: at voltage biases >1.1 V, the surface suddenly inflates and comes in contact with the STM tip, resulting in nanometer‐sized craters. The formed pattern can be indestructibly “read” by STM at a lower voltage bias, thus allowing 5 Tdots inch^?2 dense writing/reading at room temperature. The discovery of the electromechanical coupling in GaTa₄Se₈ might give new clues in the understanding of the electric pulse induced resistive switching recently observed in this stoichiometric Mott insulator.     

W、Mo、Pt、Pd探针恒流、恒高模式STM图像比较研究

应用激子动力学方法 ,计算机模拟了 W、Mo、Pt、Pd探针恒流、恒高模式扫描隧道显微镜 (STM)图谱。结果显示出 ,不同探针恒流模式 STM图谱分辨率基本一致 ,而恒高模式的 STM图谱以 Pd探针分辨率较高 ,W、Mo探针次之 ,Pt探针较差     

Variable structure control of a piezoelectric actuator for a scanning tunneling microscope

Scanning probe microscopes are now widely used in the field of material science and engineering for surface imaging at atomic scale. Their principle is based on the surface probing by a sharp tip approached at a nanometric distance of the surface. The probe is fixed to piezoelectric actuators allowing its displacement above the surface. An electronic command of a scanning tunneling microscope (STM) has been designed and tested. The regulation feedback loop of the tunnel current includes an integral controller, as is the case in commercial equipment. An extra control by variable-structure system has been implemented on this electronic command. Its principle is based on the commutation of the feedback sign. The effect on the system performance of the variable structure control is presented and discussed. An STM head has been modeled and all the model parameters have been determined. The model has been validated by comparison of the experimental and simulated responses of the system under excitation.     

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.     

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。     

原子尺寸点接触中的电子输运性质

用二维－准－维－二维（2D－准1D－2D）模型，描述扫描隧道显微镜（STM）探头刺入金属单晶体表面再回拉而形成的探头与金属间的点接触，研究其电子输运性质。利用传输矩阵方法求解薛定谔方程，得出了以2e2／h为单位的鼻子化电导。对电导随收缩区的收缩量和延伸量的变化规律进行了研究。     

STM probe-assisted site-control of self-organized InAs quantum dots on GaAs surfaces

A site-control technique for individual InAs quantum dots (QDs) has been developed by using scanning tunneling microscope (STM) probe-assisted nanolithography and self-organizing molecular-beam epitaxy. We find that nano-scale deposits can be created on a GaAs surface by applying voltage and current pulses between the surface and a tungsten tip of the STM, and that they act as “nano-masks” on which GaAs does not grow directly. Accordingly, subsequent thin GaAs growth produces GaAs nano-holes above the deposits. When InAs is supplied on this surface, QDs are self-organized at the hole sites, while hardly any undesirable Stranski-Krastanov QDs are formed in the flat surface region. Using this technique with nanometer precision, a QD pair with 45-nm pitch is successfully fabricated. An erratum to this article is available at .