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| 首页 > 技术情报 > 扫描探针显微镜 > 专栏 > 扫描探针显微镜的基础和在纳米科技领域中的应用 |
| 1.前言 透过扫描探针显微镜（SPM：Scanning Probe Microscope）的名字就可以知道，它是使用细小，带有尖端的探针，利用其与样品表面的物理作用，检测样品表面并得到原子大小程度的三维形状，及在微小领域里进行样品各种物理特性分析的显微镜的总称。1982年IBM苏黎世研究所的Binnig和Rohrer博士发明了扫描隧道显微镜（STM：Scanning Tunneling Microscope），主要功能是对金属、半导体等导电性样品进行测定，并得到其原子级分辨率图像。1986年，IBM苏黎世研究所的Binnig博士又发明了原子力显微镜（AFM：Atomic Force Microscope）1）。这个显微镜的特点是能够测定绝缘物质，至今，有许多的SPM也是以AFM为基础进行开发的。 SPM：【1】可得到原子级分辨率的三维形貌图；【2】能够在测定形貌的同时测定摩擦力、粘弹性、电流、介电特性，磁力等各种物理特性；【3】能够在大气中、真空中、液体中、加热状态、冷却状态等各种环境下进行高分辨率的测定；【4】具备微观加工、人工微区加工操作等拓展功能。近年，在纳米科技的发展过程中，作为核心工具在多种领域中被广泛的运用。（如图1） |
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| 2.SPM原理
SPM的主要构造为：【1】尖锐的探针（一般尖端曲率半径约为10nm）；【2】微小距离的三维移动机构；【3】能够检测相互间物理作用的高敏感度机构。图2是AFM模式的原理示意图，为最具代表性的测定模式。安装了微小探针而且非常柔软的板状弹簧叫做悬臂(Cantilever)，加上能够检测出悬臂弯曲量的光学位移检测系统（光杠杆式），再加上能够进行微小的三维移动的压电陶瓷(PZT)，就构成了AFM的基本构造。探针和样品之间的作用力使悬臂发生弯曲，利用光检测器检测激光束照射到悬臂尖端的反射光线，就能够检测出悬臂微小的弯曲量（位移）。在样品表面保持悬臂的弯曲量，同时控制Z轴的压电陶瓷，就可以得到一般情况下的三维图像。悬臂的弹性系数非常的小，约为0.1N/m，而由于共振频率高，所以能够检测出大约10-9N的力。 |
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