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安捷倫培訓(xùn)手冊-wenkub.com

2025-10-25 01:17 本頁面
   

【正文】 6 萬立駿著,電化學(xué)掃描隧道顯微術(shù)及其應(yīng)用,北京: 科學(xué)出版社 , 2020。 2 朱傳鳳 等 著 ,掃描探針顯微術(shù)應(yīng)用進(jìn)展 , 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社 , 2020。在掃描( sweep)過程中,采用這種方式,針尖和樣品受到破壞的程度最小。( b) 對于 ad 曲線, Shoulder 應(yīng)該在 Y軸 0以上(該點也就是 Setpoint點), 在 shoulder和 setpoint線之間 的振幅應(yīng)該盡量降低,如圖 ‘Normal operating range’。 圖 Ad 曲線給出了一個 假逼近( false engage)的事例。 ? Ad 曲線也可以用于檢查 false engage,同時可以獲得一個不錯的運(yùn)行 setpoint。 圖 振幅與距離曲線給出了正常運(yùn)行范圍( ‘Normal operating range’)。 ? 在 AC模式的 AFM曲線中,振幅與距離 amplitudedistance (ad)的曲線替代 力與距離fd曲線 。 在這種情況下,力與距離曲線的平直線(非接觸部分)位于 y軸 0以上(該點也是setpoint)。 安捷倫科技有限公司 納米 測量 部 北京: 01064397361 上海: 02123057420 安捷倫科技有限公司 SPM系統(tǒng)培訓(xùn)文件 39 ? 開環(huán)掃描頭 滯 后 效應(yīng) 使 力與距離曲線 發(fā)生改變 ,即掃描頭的逼近和遠(yuǎn)離部分不能重合,如圖 。 6. 在探針突然跳離表面之前 (position 5),掃描頭必須收縮超出 position 2。 隨著掃描頭從表面遠(yuǎn)離, 毛細(xì)管力 ( capillary force)會保持針尖與表 面接觸。隨著掃描頭完全伸長 , 達(dá)到用戶定義最大深長范圍 (position 3)。由于探針沒有接觸材料表面 (position 1),懸臂沒有偏離。它反映了一組垂直的力與掃描頭 Z向位置的函數(shù)關(guān)系,該力是 AFM探針施加到材料的表面,正比于懸臂的偏差( deflection) ? 下圖給出了在一個力 距離測量過程 中,原子力懸臂在空氣(圖 )和水中 (圖 )移動的過程。 ? 在 ‘Filter toolbox’菜單中,其它 tools和 filters可以提供 FFT, 算術(shù)運(yùn)算( arithmetic operations)包括緩沖層運(yùn)算和矩陣運(yùn)算 。因此,當(dāng)圖像已 經(jīng)完全獲得 情況下 ,該修正通常非常好。 ? 對于 平面擬合,平 面擬合系數(shù)可以自動生成。 ? 因此,當(dāng)使用 tilted算法 顯示數(shù)據(jù)時,每一條線修正的坡度相同,每一條線以相同的量上下改變,該變化是基于所選的多項式;而不是對每一條施加一 個偏差量offsetting,以致于其平均高度相同。 1st order flatten 3rd order flatten 圖 橫截面圖顯示出不正確的 order of flattening引入的假象。 也就是說,flattened處理,在 Y方向上有輕微失真。 ? 對數(shù)據(jù)進(jìn)行多項式擬合: 1st order: 線形擬合( linear fit) 在 X和 Z方向上多項式擬合的最高次數(shù)為 1 2nd order: 二次方程 (拋物線) 擬合( quadratic fit) 在 X和 Z方向上多項式擬合的最高次數(shù)為 2,依次類推 。 安捷倫科技有限公司 納米 測量 部 北京: 01064397361 上海: 02123057420 安捷倫科技有限公司 SPM系統(tǒng)培訓(xùn)文件 33 ? Image rendering的 flatten算法處理是 對 X軸上的每一條 線 進(jìn)行平整。 ? Raw image rendering僅顯示導(dǎo)入時的數(shù)據(jù),對樣品 傾斜( slope)沒有進(jìn)行 任何修正。其中 , Filter Toolbox具有眾 多特點,詳細(xì)的描述 請參閱 PicoScan User’s Manual。請參考說明書,其中包含 MAC針尖更多信息。 安捷倫科技有限公司 納米 測量 部 北京: 01064397361 上海: 02123057420 安捷倫科技有限公司 SPM系統(tǒng)培訓(xùn)文件 30 R= 矩形的( Rectangular) , T=三角形的( Triangular) , 表格中所有數(shù)值皆為典型數(shù)值,更詳細(xì)的信息請參閱制造商說明書。 安捷倫科技有限公司 納米 測量 部 北京: 01064397361 上海: 02123057420 安捷倫科技有限公司 SPM系統(tǒng)培訓(xùn)文件 29 圖 污染針尖對成像的影響示意圖。 帶有垂直錐角的凹槽 帶有針尖錐角的凹槽成像 圖 在成像過程中,針尖錐角對成像影響的示意圖。 左 為 STM,右 為 AFM。鈍的針尖 主要 歸結(jié)于制造過程中的缺陷、臟東西的積累以及成像過程中的磨損。如果樣品特征比探針尖銳,則 圖像 包含著 針尖的形狀。 ? 軟針尖通常用于接觸模式成像,而硬的針尖用于 AC模式成像。 安捷倫科技有限公司 納米 測量 部 北京: 01064397361 上海: 02123057420 安捷倫科技有限公司 SPM系統(tǒng)培訓(xùn)文件 27 ? 成像的質(zhì)量依賴于針尖的性能,主要包括彈性常數(shù)( spring constant)、懸臂的共振頻率( resonant frequency)和探針的銳度( sharpness) ( 包括 曲率半徑 radius of curvature和錐角 sidewall angles) 。 ? 通常懸臂的形狀一般為三角形( triangular or V)和矩形( rectangular)。 STM針尖材料一般為 Pt/Ir絲或 W絲,通過機(jī)械加工或電化學(xué)刻蝕 方法 獲得。因此, 一個新的應(yīng)用必須伴隨著一組新的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。 ? 其它 的 ‘Servo’ 和 ‘Scan’ 控制 還 包括 servo offset, scan origin (offset) and rotation, scan tilt (correction), overscan等。 ? 一般 來說,液體中的掃描速度要比空氣中的掃描速度慢。 主要依靠兩個參數(shù):掃描速度和掃描尺寸。 ? Setpoint決定 著 針尖如何 很 好的跟蹤樣品 表面以及針尖和樣品 之間 的相互作用。 ? 反饋 系統(tǒng)范圍( Servo range)給出了壓電陶瓷 Z向的最大位移范圍。 ? 一個最佳的 I值(不 高也不低)要同時滿足形貌像和誤差信號通道 ,從而 獲得高質(zhì)量的圖像。 安捷倫科技有限公司 納米 測量 部 北京: 01064397361 上海: 02123057420 安捷倫科技有限公司 SPM系統(tǒng)培訓(xùn)文件 23 圖 (上)和橫截面圖(下 )的影響。 ? 在 反饋( Servo) 系統(tǒng)中的積分增益( Integral ‘I’)和比例增益( Proportional ‘P’)直接影響 掃描頭 壓電陶瓷 對 反饋 系統(tǒng)信號做出反應(yīng),包括 STM的隧穿電流, 接觸模式的誤差信號,輕敲模式的振幅信號 ? 如果增益設(shè)置太低,掃描頭 將 跟 不 上形貌 的起伏變化,圖像變得模糊不清。 9 關(guān)于階數(shù)更多的信息,請參閱第五部分:圖像處理。 安捷倫科技有限公司 納米 測量 部 北京: 01064397361 上海: 02123057420 安捷倫科技有限公司 SPM系統(tǒng)培訓(xùn)文件 21 圖 。剩余的位移量通常移動的很慢,一般大約需要 10 100秒。 為了獲得正確的 圖 像,經(jīng)過 長時間的使用, 掃描頭 需要進(jìn)行 校準(zhǔn)。 在開始的安捷倫科技有限公司 納米 測量 部 北京: 01064397361 上海: 02123057420 安捷倫科技有限公司 SPM系統(tǒng)培訓(xùn)文件 20 幾小時內(nèi),掃描頭衰減較大。 安捷倫專利掃描頭在 XY方向的運(yùn)動采用獨立的兩對陶瓷片, 在 Z方向的運(yùn)動由陶瓷管提供。 然而,如果選擇的 order不恰當(dāng),可能在圖像中引入假象 從 而導(dǎo)致錯誤。 圖 通過形貌像( 上 )獲得橫斷面曲線 (下 )顯示出掃描頭的弓形效應(yīng) 。 當(dāng) 掃描頭進(jìn)行 光柵式掃描時, 在整個掃描 范圍內(nèi) , 掃描頭的自由端以弓形(替代平直的線)運(yùn)動。 8所有安捷倫掃描頭在工廠皆經(jīng)過校準(zhǔn)。 圖 真實對標(biāo)準(zhǔn)光柵進(jìn) 行 往返 (Trace and Retrace)掃描 的 橫斷面圖 顯示出掃描頭的 滯 后 效應(yīng)。 ? 滯 后 效應(yīng) (hysteresis)效應(yīng) 是指在某個方向上施加電場 , 掃 描頭的伸長曲線與 另一方向上施加電場掃描頭收縮的曲線不匹配。 ? 非線性 效應(yīng) (nonlinearity)導(dǎo)致 壓電 材料的 三角波形 的 響應(yīng) 發(fā)生 改變 , 如 圖 示 。 圖 電壓波形圖應(yīng)用在壓電掃描器上。 ? 當(dāng) 探針進(jìn)行 掃描 時 ,它 在 快速掃描方向 上 (一般為 X方向) 沿一條線運(yùn)動而獲得數(shù)據(jù) 。 ? 當(dāng)對壓電 陶瓷 施加一個電場時, 壓電材料會隨著電場的方向而伸長或收縮。 6 AC模式的數(shù)學(xué)處理在用戶手冊的 AC Mode章節(jié) Advanced Theory部分給予 詳細(xì)的描述。 ? 形貌像成像機(jī)理與 AAC一樣,也是在( X, Y)平面內(nèi),每一個數(shù)據(jù)點 Z方向的位置形成了材料表面的形貌像。 ? 在( X, Y)平面內(nèi) 的 每一個數(shù)據(jù)點 ,探針 Z方向的位置 構(gòu)成 了材料表面的形貌像 。 圖 間隙 接觸模式 AFM原理 : 在掃描過程中,探針與表面接觸時, 探針 的自由 振幅 發(fā)生衰減。 該模式可以在大氣下對柔軟、易碎和粘附性較強(qiáng)的樣品成像,而對它們不會產(chǎn)生破壞。
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