扫描探针显微镜SPM学习教案.pptx

扫描(sǎomiáo)探针显微镜SPM显微分析(fēnxī)的家族成员显微(xiǎnwēi)分析的发展历程几种(jǐzhǒnɡ)显微分析方法的分辨率比较/显微镜分辨(fēnbiàn)极限不同加速电压(diànyā)下的电子波长电子显微镜的分类(fēnlèi)电子(diànzǐ)与物质的相互作用用于承载(chéngzài)样品的基底——铜网透射电子显微镜的基本实验(shíyàn)技术
——样品制备技术透射电子显微镜的基本实验技术(jìshù)
——样品制备技术(jìshù)电子衍射/扫描电子显微镜的基本(jīběn)结构二次电子(diànzǐ)像：1.二次电子(diànzǐ)的数量和原子序数没有明显的关系，而对微区表面的几何形状十分敏感——表面形貌衬度原理。2.分辨率高。
背散射电子(diànzǐ)像：1.背散射电子(diànzǐ)产额对原子序数十分敏感——原子序数衬度原理。2.分辨率低。
X射线量色散谱EnergyDispersionSpectroscopy(EDS)
俄歇电子(diànzǐ)能谱扫描(sǎomiáo)电子显微镜的基本实验技术
——样品制备技术离子(lízǐ)溅射在电子显微镜中的应用X射线显微(xiǎnwēi)分析技术
——电子探针电子探针显微分析的优点是：
1.微区分析
2.形貌(xínɡmào)与成分的有机结合

电子探针显微分析的缺点是：
灵敏度比差：按所分析的元素而灵敏度不同，约为0.03-0.008%
准确度差：尤其对于轻元素(1)点分析这种方法是把电子束固定打在样品的某一点上对这一点的元素组成进行分析。可以分析很微小的区域(qūyù)的化学组成。
(2)线分析这种方法是使样品固定不动，使电子束在某一直线上连续移动，测定在这一直线上样品中某一元素的分布情况。
(3)面分布系指样品不动而电子束在样品表面上的一定区域(qūyù)进行扫描，以获得表征元素的浓度的二维分布图。在应用时往往把背散射电子象和X射线象相对应，以表明元素分布与形貌之间的关系。关于电子显微分析(fēnxī)中的几个概念扫描隧道显微镜ScanningTunnelingMicroscope(STM)
扫描力显微镜ScanningForceMicroscope(SFM)
原子力显微镜AtomicForceMicroscope(AFM)
摩擦力显微镜LateralForceMicroscope(LFM)
磁力(cílì)显微镜MagneticForceMicroscope(MFM)
静电力显微镜ElectricForceMicroscope(EFM)
扫描近场光学显微镜ScanningNear-FieldOpticalMicroscope(SNOM)下面介绍一下SPM的第一个成员，STM的工作原理：

将原子线度的极细探针和被研究物质的表面作为两个电极(diànjí)，当样品与探针的距离非常接近（通常小于1nm）时，在外加电场的作用下，电子会穿过两个电极(diànjí)之间的势垒流向另一个电极(diànjí)。这种现象即是隧道效应。隧道电流强度对针尖与样品表面之间的距离非常敏感，如果距离减小0.1nm，隧道电流将增加(zēngjiā)一个数量级。因此，利用电子反馈线路控制隧道电流的恒定，并用压电陶瓷材料控制针尖在样品表面的扫描，则探针在垂直与样品方向上高低的变化就反映出了样品表面的起伏。STM针尖(zhēnjiān)的制备半导体材料(cáiliào)石墨(shímò)成像纳米碳管的高分辨(fēnbiàn)电镜与STM图像STM对Au（111）的成像原子(yuánzǐ)操纵STM所研究的样品必须具有一定程度的导电性，对于半导体，观测的效果就差于导体；对于绝缘体则根本无法直接观察。如果在样品表面(biǎomiàn)覆盖导电层，则由于导电层的粒度和均匀性等问题又限制了图像对真实表面(biǎomiàn)的分辨率。正是由于STM存在的诸多局限性，特别是它对样品导电性的要求，限制了STM的某些应用。在这种情况下，扫描力显微镜便应运而生了。其中，1986年Binnig等发明的原子力显微镜是对SPM最重要的发展，当时的横向分辨率可达2nm，纵向分辨率为0.01nm。这样它的横向、纵向分辨率都超过了普通扫描电子显微镜的分辨率，而且AFM对工作环境和样品制备的要求比电子显微镜的要求少得多。原子力显微镜的基本原理/通常条件下，有多种力可以引起(yǐnqǐ)悬臂梁的形变。对原子力显微镜来说最常见的力是分子间的范德华力。左图给出了范德华力与针尖和样品之间距离的关系。图中标出了两个距离区：（1）接触区；（2）非接触区。在接触区中样品与针尖的距离在几个Å左右，针尖和样品之间的力是斥力。在非接触区。针尖样品间距为几十到到几百个Å，样品与针尖之间的力为引力。根据探针同样品作用力