扫描探针显微镜的发展与应用

扫描隧道显微镜和原子力显微镜的发明大大促进了扫描探针显微镜的发展。本文介绍扫描隧道显微镜和原子力显微镜的基本工作原理、发展背景以及以扫描隧道显微镜和原子力显微镜为基础衍生出来的各种扫描探针显微镜的应用。扫描探针显微镜是一种新的探测仪器，它在三维方向上的分辨率均可以达到原子量级的水平，因此在微电子学、微机械学、计量学、化学和生物医学等领域中有广泛的应用前景。     

扫描近场光学显微镜的光纤探针

扫描近场光学显微镜（ＳＮＯＭ）打破了传统光学显微镜的衍射极限分辨率,自８０年代中期出现以来在１０多年的时间内获得了迅速的发展,并在很多的领域有很广阔的应用前景。扫描探针的形状及针尖的大小是影响ＳＮＯＭ分辨率的关键因素之一。     

大面积扫描探针显微镜研制

介绍了一种大面积扫描探针显微镜。仪器采用大范围扫描与高精度微动扫描相分离、X-Y扫描与纵向检测相分离的方案，同时具备较大扫描范围和较高的分辨率，扫描重复性好，大面积扫描范围220mm×290 mm×60 mm，重复性2～3 μm，并可实现探针的自动逼近、光学显微镜自动聚焦和图像自动拼接。     

基于石英音叉的扫描探针显微镜的设计与实现

介绍了基于石英音叉剪切力模式的扫描探针显微镜系统(Scanning Probe Microscope, SPM)的设计和实现.系统由基于PC104总线的工业主板、ATmega16电机控制模块、高压驱动模块、数据采集和前置信号处理模块组成,在TCP/IP和RS232通信协议的基础上通过自定义上层通信协议完成各模块之间的连接.由于采用了模块化设计和工业化标准,该系统可稳定工作于工业现场,用于加工件表面质量的测量、集成电路缺陷检测、材料瑕疵分析等.     

扫描探针显微镜研究弛豫铁电体电畴生长

本文研究了典型弛豫铁电陶瓷0．9PMN－0．1PT中的电畴生长过程．用扫描探针显微镜的轻敲模式和抬举模式对驰豫铁电陶瓷的表面形貌和电场力像进行了观察．结果表明,在施加不同针尖电压（0．05、0．5、1V）的情况下,能够诱导材料中纳米尺度极化微区通过沿＜111＞方向180°反转,从而形成亚微米尺度电畴．     

利用扫描探针显微镜研究Co量子有序阵列的特性

采用交流电化学沉积法,在小孔径的阳极氧化铝模板里,成功制备了Co磁纳米线有序阵列。通过机械抛光、化学抛光工艺,样品表面平整度可达到±10nm/μm2左右。采用透射显微镜(TEM) 扫描探针显微镜(SPM)观察了样品的表面形貌、Co纳米线的微观形貌和与形貌对应的磁畴图像。结果表明,纳米磁记录阵列膜里的每一根Co纳米线均为单畴结构,磁畴分布非常有序且与氧化铝微孔的形貌分布一一对应,畴的大小随磁力针尖离样品的高度不同略有变化;在一定的高度范围内,磁针离样品的高度和扫描速度不影响观察到的磁畴分布。样品在2T的外场下磁化后,大多数磁矩发生了反转。发现了相邻位之间磁畴的磁矩取反现象,这种阵列膜具有量子磁盘的原型结构。制备的阵列结构孔密度可达1011/cm2,如果每一个单畴存储二进制单元的一个信息位,相应的存储密度应达100Gbit/in2以上。该纳米磁记录阵列,有望成为新型的超高密度量子磁盘。     

一种用于扫描力显微镜的微型干涉光探针

论证了氮化硅三角形微探针可以作为一个后向点衍射板的光学原理，并根据这一原理设计了一种用于扫描力显微镜的微型干涉光探针，它利用微探针表面向以射波与反向点衍射波之间的干涉来检测微探针的形变，其纵向分辨率达到了０．０１ｎｍ。     

基于栅格节距中心峰值检测的扫描探针显微镜校准方法

为了解决扫描探针显微镜（Scanning Probe Microscope, SPM）现有校准方法复杂程度高且存在局限性的问题,提出了一种基于二维标准微尺度正交栅格的SPM校准方法,通过对扫描获取的栅格图像进行互相关 / 卷积（Cross?correlation / Convolution, CC）滤波,实现对栅距中心坐标的峰值检测。校准的运动几何误差包括x轴和y轴位置偏差Δx和Δy、沿x轴和y轴扫描的直线度偏差δy和δx以及两轴之间的正交性偏差γ_xy。根据x轴和y轴扫描像素数、扫描范围、标准栅格计量检定节距平均值、栅距平均值计算得出校准因子C_x和C_y。采用标称节距为10 μm的正交栅格样板对原子力显微镜（Atomic Force Microscope, AFM）进行校准实验,结果显示C_x和C_y分别为0.925和1.050,γ_xy为0.015°,该台AFM的校准扩展不确定度为0.33 μm（k = 2.56）。研究成果对于推动SPM校准标准文件的具体实施和执行具有积极意义,并为SPM仪器研制及性能评估提供了技术参考。     

扫描近场光学显微镜光纤探针的制作与分析

描述了制作扫描近场光学显微镜光纤探针的两种简便有效的方法－－带保护层的化学腐蚀法和光纤熔接机拉锥法,从实验中比较、分析了两种制作方法的优缺点,实验表明这两种方法均能制作出针尖直径为５０ｎｍ左右的光纤探针。     

扫描探针显微镜下微纳结构深度测量的校准方法

扫描探针显微镜(SPM)是微纳结构三维测量中的一项重要技术。然而,在测量过程中台阶或沟槽样品的边缘附近会出现不准确的轮廓,这就造成了深度测量的精度损失。为了避免深度测量的精度损失,分别建立了机械探针和光学探针的两个分析模型,描述了不准确轮廓、样品深度和探针形状之间的耦合关系;在此基础上,提出了一种具有良好精度的深度测量标定方法。与现有的国际深度测量标准(W/3规则)进行比较,该方法提供了一个明确的边界来确定测量结果是否有效;此外,它还可以指导用户在执行测量之前选择适当的探针。     

制造企业基于Internet的设备远程诊断与维护系统研究

介绍了一个用于汽车发动机自动生产线的远程监控与诊断系统的结构与功能,对系统实现的有关关键技术进行了探讨,并给出了运行实例。     

扫描探针显微镜测壳聚糖材料的表面电荷分布

提出一种测量材料表面电荷是非均匀的、没有中性区的弱电荷的方法.即测试时,利用扫描探针显微镜(SPM)的静电力显微镜(EFM)测量技术,依靠轻敲模式(Tapping Mode)和抬举模式(Lift Mode),用相位成像测量有机高分子膜--壳聚糖膜(CHI)的表面电荷密度空间分布,但由于仪器设计中相位的泰勒展开是:sin△φ≈1/2△φ,所以所获的电荷图像只能确定材料的表面电荷分布和表面电荷密度的近似值.然而,嵴宽约为2.12μm表面正电荷微沟槽结构的这种特殊电荷形貌分布有利于细胞的生长,因此获得的表面电荷分布补充了生物材料表面理化性质.     

基于互联网的机器人远程实验系统

将互联网技术、机器人远程控制技术和计算机技术有机结合起来，建立了一个基于互联网的机器人远程实验系统。操作者可以在任何时间和任何地点通过互联网来控制和操作机器人臂手集成系统。用户通过互联网可以进行机器人语言的学习、编程及直接控制机器人关节运动，完成一些简单的操作，也可以利用带有力觉和触觉反馈的人机交互设备，在虚拟仿真规划的基础上，完成复杂的操作任务。本系统的建立同时也为有限或贵重设备的共享及异地协同实验研究提供了技术支持。     

基于SPM的超媒体人机接口

当利用扫描隧道显微镜(SPM)作为一种纳米操作工具时,由于其缺乏实时的传感器信息反馈,而大大阻碍了它的广泛应用．利用超媒体人机交互接口可以解决这个问题．在纳米操作过程中,超媒体接口不但可以为操作者提供可实时更新的仿真操作场景,还可以通过力反馈手柄让操作者实时地感受到探针受到的三维纳米操作力．除此之外,操作者还可以通过该手柄直接控制探针的三维运动．最后在聚碳酸酯上进行了超媒体人机接口的纳米刻画实验．实验结果验证了该系统的有效性和效率．     

Development of a Low Temperature Scanning Probe Microscope

A scanning probe microscope working at low temperatures is developed. Frequency-modulation atomic force microscopy technique with a quartz tuning fork is employed for low temperatures use. Topographic imaging of a diffraction grating is successfully performed down to 1.3 K.      

基于SPM的花生酸LB膜的拉膜工艺及结构表征的研究

通过扫描探针显微镜（SPM）直接观察沉积在基片表面的花生酸LB（Langmuir-Blodgett）薄膜不同范围尺度下的微观结构.研究在经过表面两亲性（亲水性或疏水性）处理的基片上,在相同的制膜条件下,改变其拉膜沉积方式,对花生酸LB膜样品的表面结构、薄膜均匀性和缺陷等的影响.结果显示,花生酸LB膜在不同拉膜沉积方式下,薄膜表面将形成不同的分子自组装形态;改变基片表面的亲水性强弱也直接影响LB膜的表面形貌的均匀性,可能通过选择恰当表面处理和沉积方式来获得平整度更高,缺陷更少的LB膜.     

扫描探针显微术在GaAs等半导体研究中的应用

扫描探针显微术（ＳＰＭ）是８０年代初发展起来的一类新型表面研究技术。由于其分辨率高、蝗操作和可扩展性,扫描探针显微术越来越受到人们的重视。１９８６年Ｇ．宾尼希（Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇ）和Ｈ．罗雷尔（Ｈ．Ｒｏｈｒｅｒ）为此获得了诺贝尔物理学奖。本文中我们详细阐述扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）、原子力显微镜（ＡＦＭ）、扫描电容是微镜（ＳＯＭ）、扫描热显微镜（ＳＴｈＭ）等几种扫描探针显微术的工作原理,也描述队们在探