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掃描探針顯微鏡是幾種顯微鏡中的任何一種，它能產生非常詳細的三維表面圖像，包括原子尺度。根據所使用的顯微鏡技術，其中一些顯微鏡還可以測量材料的物理性質，包括電流、導電性和磁場。第一種是掃描探針顯微鏡，被稱為掃描隧道顯微鏡（STM），發明于20世紀80年代早期。STM的發明者在幾年后獲得了諾貝爾物理學獎。從那時起，其他幾種基于相同基本原理的技術，所有的掃描探針顯微鏡技術都需要對材料表面進行小而尖的掃描，因為數據是從掃描中數字化獲得的。掃描探針的尖端必須小于被掃描表面的特征，為了產生準確的圖像，這些尖端每隔幾天就必須更換一次。它們通常安裝在懸臂梁上，在許多SPM技術中，通過測量懸臂梁的運動來確定表面的高度。在掃描隧道顯微鏡中，在掃描頭和被成像表面之間施加電流。通過調整尖端的高度來保持電流恒定，從而生成表面的地形圖像。或者，在測量變化電流以確定表面高度時，尖端的高度可以保持恒定。由于該方法使用電流，它只適用于導體或半導體材料。有幾種掃描探針顯微鏡屬于原子力顯微鏡（AFM）的范疇。與掃描隧道顯微鏡不同，AFM可用于所有類型的材料，而不考慮其導電性所有類型的原子力顯微鏡都是通過間接測量掃描頭和表面之間的力來產生圖像的。這通常是通過測量懸臂梁的撓度來實現的。各種類型的原子力顯微鏡包括接觸式原子力顯微鏡、非接觸式原子力顯微鏡和，以及間歇接觸原子力顯微鏡。幾個因素決定了哪種類型的原子力顯微鏡最適合特定的應用，包括材料的靈敏度和待掃描樣品的尺寸。原子力顯微鏡的基本類型有一些變化。側向力顯微鏡（LFM）測量掃描頭上的扭轉力，掃描電容顯微鏡用于測量樣品的電容，同時產生AFM地形圖像。導電原子力顯微鏡（C-AFM）和STM一樣使用導電尖端，力調制顯微鏡（FMM）用于測量材料的彈性性質，其他掃描探針顯微鏡技術也可用于測量三維表面以外的其他性質，靜電力顯微鏡（EFM）用于測量表面上的電荷。有時用于測試微處理器芯片。掃描熱顯微鏡（SThM）收集有關熱導率的數據并繪制表面的地形圖。磁力顯微鏡（MFM）測量表面上的磁場和地形

發表于 2020-09-18 08:17
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分類：科學教育

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