材料特性表征：第4,5節(jié) 掃描探針顯微分析技術(shù)

1、材料特性表征Characteristic Technique of Materials第四章 掃描探針顯微分析技術(shù)光學(xué)顯微鏡電子顯微鏡掃描探針顯微鏡組織形貌分析儀器發(fā)展的三個階段在20世紀(jì)20年代末，魯斯卡（Ruska, Ernst）經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)探索，利用電磁場控制電子束的運(yùn)動方向，將通過樣品，帶有樣品微觀結(jié)構(gòu)信息的電子束再打到熒光屏或照相底片上，形成分辨率極高的圖像。終于在1933年研制成功世界上第一臺電子顯微鏡，開創(chuàng)了人類研究微觀世界的新紀(jì)元。魯斯卡因此分享了1986年的諾貝爾物理學(xué)獎。光學(xué)顯微鏡電子顯微鏡掃描探針顯微鏡組織形貌分析儀器發(fā)展的三個階段1952年，英國工程師Charles O

2、atley制造出了第一臺掃描電子顯微鏡(SEM)。SEM主要用于觀察樣品的表面形貌、割裂面結(jié)構(gòu)、管腔內(nèi)表面的結(jié)構(gòu)等。目前掃描電子顯微鏡分辨率已達(dá)到1nm，是研究微觀結(jié)構(gòu)及性能的必要研究手段，可用于粉末、復(fù)合材料、切削表面等研究。但電子顯微鏡存在著很多不足，高速電子容易透入物質(zhì)深處，低速電子又容易被樣品的電磁場偏折，故電子顯微鏡很少能對表面結(jié)構(gòu)有所揭示。第四章 掃描探針顯微分析技術(shù)掃描探針顯微鏡（SPM）是一類儀器的總稱，包括掃描隧道顯微鏡(STM)、原子力顯微鏡(AFM)是一種具有超高的3D分辨率的輪廓儀能夠?qū)崿F(xiàn)原子級別、1nm分辨率，可以測量諸如表面電導(dǎo)率、靜電電荷分布、區(qū)域摩擦力、磁場等物

3、理特性。所有 SPM 基本部件：與光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡不同，SPM不利用任何光學(xué)或電子透鏡成像，而是當(dāng)探針在樣品表面掃描時某種信號（電流或力）隨針尖-樣品間隙（距離）變化而變化，通過檢測該信號，而獲得樣品表面形貌、靜電、磁性等特征。第四章 掃描探針顯微分析技術(shù)掃描探針顯微鏡（SPM）掃描力顯微鏡（SFM）掃描近場光學(xué)顯微境（SNOM）彈道電子發(fā)射顯微鏡（BEEM）原子力顯微鏡（AFM） 掃描隧道顯微鏡（STM）第四章 掃描探針顯微分析技術(shù)第四章 掃描探針顯微分析技術(shù)4.1 掃描隧道顯微鏡 STM4.2 原子力顯微技術(shù) AFM4.3 其他掃描探針顯微技術(shù)第四章 掃描探針顯微分析技術(shù)4.1 掃描

4、隧道顯微鏡 STM4.2 原子力顯微技術(shù) AFM4.3 其他掃描探針顯微技術(shù)掃描隧道顯微鏡（Scanning Tunnelling Microscope STM）特點(diǎn)：能夠獲得表面原子結(jié)構(gòu)4.1掃描隧道顯微鏡（STM）STM是所有掃描探針顯微鏡的祖先1982年，IBM瑞士蘇黎士實(shí)驗(yàn)室的葛賓尼和海羅雷爾研制出世界上第一臺掃描隧道顯微鏡。STM使人類第一次能夠?qū)崟r地觀察單個原子在物質(zhì)表面的排列狀態(tài)和與表面電子行為有關(guān)的物化性質(zhì)，在表面科學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域的研究中有著重大的意義和廣泛的應(yīng)用前景，被國際科學(xué)界公認(rèn)為20世紀(jì)80年代世界十大科技成就之一。為表彰STM的發(fā)明者們對科學(xué)研究所作出的

5、杰出貢獻(xiàn)，1986年賓尼和羅雷爾被授予諾貝爾物理學(xué)獎 4.1掃描隧道顯微鏡（STM）對于經(jīng)典物理學(xué)來說，當(dāng)一個粒子的動能低于前方勢壘的高度時，它不可能越過此勢壘，即透射系數(shù)等于零，粒子將完全被彈回。而按照量子力學(xué)的計算，在一般情況下，其透射系數(shù)不等于零，也就是說，粒子可以穿過比它能量更高的勢壘，這個現(xiàn)象稱為隧道效應(yīng)。當(dāng)粒子為電子、勢壘寬度為納米級別時，可以發(fā)生隧道效應(yīng)，又稱量子隧穿效應(yīng)。掃描隧道顯微鏡的工作原理是基于量子力學(xué)中的隧道效應(yīng)。4.1 掃描隧道顯微鏡（STM）STM使用銳化的導(dǎo)電針尖，在針尖與樣品之間施加偏置電壓，樣品與針尖中的電子可以“隧穿”過間隙到達(dá)對方。由此產(chǎn)生的隧穿電流隨著針

6、尖-樣品間隙變化而變化，故被用作得到STM圖像的信號。上述隧穿效應(yīng)產(chǎn)生的前提是，樣品應(yīng)是導(dǎo)體或半導(dǎo)體。4.1掃描隧道顯微鏡（STM）Vbexp(-A S)I 1/2隧道電流與針尖-樣品表面間距離關(guān)系（S）：隧穿電流是間距的指數(shù)函數(shù)，隧道電流對間距的變化是非常敏感的。如果針尖與樣品間隙（0.1nm級尺度）變化10%，隧道電流則變化一個數(shù)量級。這種指數(shù)關(guān)系賦予STM很高的靈敏度，所得樣品表面圖像具有高于0.1nm的垂直精度和原子級的橫向分辨率。4.1掃描隧道顯微鏡（STM）（Vb是加在針尖和樣品之間的偏置電壓，為針尖和樣品的平均功函數(shù)，A為常數(shù)）恒電流模式是針尖在樣品表面掃描時，在偏壓不變的情況下

7、，始終保持隧道電流恒定。當(dāng)給定偏壓Vb，并確定樣品-針尖的平均功函數(shù)時，隧道電流的大小僅取決于針尖-樣品間的距離S。恒電流模式STM兩種工作模式4.1掃描隧道顯微鏡（STM）恒高模式始終控制針尖在樣品表面某一水平高度上掃描，隨著樣品表面高低起伏，隧道電流不斷變化。通過提取掃描過程中針尖-樣品間隧道電流變化的信息（反映出樣品表面起伏的結(jié)構(gòu)特征），就可以得到樣品表面的原子圖像。4.1掃描隧道顯微鏡（STM）兩種模式各有利弊恒高模式掃描速率較高，因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)不必上下移動掃描器，但這種模式僅適用于相對平滑的表面。恒電流模式隨樣品表面起伏而上下運(yùn)動，不會因表面起伏太大而碰撞到樣品，更適合觀察表面起伏大的

8、樣品；但比較耗時。4.1掃描隧道顯微鏡（STM）隧穿電流圖像表述樣品形貌，但更為精確地，隧穿電流對應(yīng)的是表面電子態(tài)密度。實(shí)際上，STM檢測的是在由偏壓決定的能量范圍之間、費(fèi)米能級附近被充滿和未充滿的電子態(tài)數(shù)量，或者說是具有恒定隧穿幾率的曲面，而不是物理形貌。STM圖像不僅勾畫出樣品表面原子的幾何結(jié)構(gòu)，而且還反映了原子的電子結(jié)構(gòu)特征因此STM圖像是樣品表面原子幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)綜合效應(yīng)的結(jié)果。4.1掃描隧道顯微鏡（STM）STM掃描圖像處理光柵三維圖像 4.1掃描隧道顯微鏡（STM）STM最重要的用途在于納米技術(shù)上 “許多人認(rèn)為納米科技僅僅是遙遠(yuǎn)的未來基礎(chǔ)科學(xué)的事情，而沒有什么實(shí)際意義。但我確信

9、納米科技已經(jīng)具有與150年前微米科技所具有的希望和重要意義。150年前，微米成為新的精度標(biāo)準(zhǔn)，并成為工業(yè)革命的技術(shù)基礎(chǔ)，最早和最好學(xué)會并使用微米技術(shù)的國家都在工業(yè)發(fā)展中占據(jù)了巨大的優(yōu)勢。同樣，未來的技術(shù)將屬于那些明智地接受納米作為新標(biāo)準(zhǔn)、并首先學(xué)習(xí)和使用它的國家。不幸的是，目前對這一新領(lǐng)域持保留和懷疑態(tài)度的還大有人在。我們應(yīng)當(dāng)記住，微米曾同樣地被認(rèn)為對使用牛耕地的農(nóng)民無關(guān)緊要。的確，微米與牛和耕犁毫無關(guān)系，但它卻改變了耕作方式，帶來了拖拉機(jī)?！?4.1掃描隧道顯微鏡（STM）“看見”了以前所看不到的東西STM具有驚人的分辨本領(lǐng)，水平分辨率小于0.1納米，垂直分辨率小于0.01納米。一般來講，物

10、體在固態(tài)下原子之間的距離在零點(diǎn)一到零點(diǎn)幾個納米之間。在掃描隧道顯微鏡下，導(dǎo)電物質(zhì)表面結(jié)構(gòu)的原子、分子狀態(tài)清晰可見。 4.1掃描隧道顯微鏡（STM） a)STM image of the short-range ordering of head-to-tail coupled poly(3-dodecylthiophene) on highly oriented pyrolytic graphite (20 20nm); b)calculated model of poly(3-dodecylthiophene) corresponding to the area enclosed in the

11、 white square in (a); c) three-dimensional image of 3 showing submolecular resolved chains and folds (9.39.3nm2)7掃描探針顯微鏡的應(yīng)用呈現(xiàn)原子或分子的表面特性4.1掃描隧道顯微鏡（STM）實(shí)現(xiàn)了單原子和單分子操縱利用STM針尖與吸附在材料表面的分子之間的吸引或排斥作用，使吸附分子在材料表面發(fā)生橫向移動，具體又可分為“牽引”、“滑動”、“推動”三種方式通過某些外界作用將吸附分子轉(zhuǎn)移到針尖上，然后移動到新的位置，再將分子沉積在材料表面通過外加一電場，改變分子的形狀，但卻不破壞它的化學(xué)鍵4

12、.1掃描隧道顯微鏡（STM）4.1掃描隧道顯微鏡（STM）掃描隧道顯微鏡在恒電流工作模式下，有時它對樣品表面微粒之間的某些溝槽不能夠準(zhǔn)確探測，與此相關(guān)的分辨率較差.掃描隧道顯微鏡所觀察的樣品必須具有一定程度的導(dǎo)電性，對于半導(dǎo)體，觀測的效果就差于導(dǎo)體，對于絕緣體則根本無法直接觀察。如果在樣品表面覆蓋導(dǎo)電層，則由于導(dǎo)電層的粒度和均勻性等問題又限制了圖象對真實(shí)表面的分辨率。掃描隧道顯微鏡的工作條件受限制，如運(yùn)行時要防振動，探針材料在南方應(yīng)選鉑金，而不能用鎢絲，鎢探針易生銹。掃描隧道顯微鏡的局限性4.1掃描隧道顯微鏡（STM）一個更為直觀的例子是由Park等人完成的，他們將碘代苯分子吸附在Cu單晶表面

13、的原子臺階處，再利用STM針尖將碘原子從分子中剝離出來，然后用STM針尖將兩個苯活性基團(tuán)結(jié)合到一起形成一個聯(lián)苯分子，完成了一個完整的化學(xué)反應(yīng)過程。單分子化學(xué)反應(yīng)已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)4.1掃描隧道顯微鏡（STM）第四章 掃描探針顯微分析技術(shù)4.1 掃描隧道顯微鏡 STM4.2 原子力顯微技術(shù) AFM4.3 其他掃描探針顯微技術(shù)4.2 原子力顯微技術(shù) AFM從掃描隧道顯微鏡的工作原理可知，其工作時必須實(shí)時通過檢測針尖和樣品間隧道電流變化實(shí)現(xiàn)樣品結(jié)構(gòu)成像，因此它只能用于觀察導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的表面結(jié)構(gòu)，不能實(shí)現(xiàn)對絕緣體表面形貌的觀察。為了測量絕緣體樣品的表面結(jié)構(gòu)，1986年，G.Binning在掃描隧道顯微鏡

14、的基礎(chǔ)上發(fā)明了原子力顯微鏡。主要不同點(diǎn)是掃描隧道顯微鏡檢測的是針尖-樣品間的隧道電流，而原子力顯微鏡檢測的是由針尖和樣品間的微懸臂的形變。因此原子力顯微鏡有兩個獨(dú)特的部分：對微弱力敏感的懸臂和力檢測器。原子力顯微鏡是一種類似于掃描隧道顯微鏡的顯微技術(shù)，它的儀器結(jié)構(gòu)（機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)）在很大程度上與掃描隧道顯微鏡相同。如用壓電掃描器，反饋控制器。4.2 原子力顯微技術(shù) AFM原子力顯微鏡使用一個一端固定，另一端裝有針尖這樣一個對微弱力敏感的懸臂。針尖長為若干微米，直徑通常小于100nm，懸臂長100-200微米。當(dāng)針尖或樣品掃描時，由于針尖或樣品間的相互作用（可能是吸引力，可能是排斥力）將使懸

15、臂產(chǎn)生微小的形變。4.2 原子力顯微技術(shù) AFM反饋系統(tǒng)則根據(jù)檢測器檢測的結(jié)果不斷調(diào)整針尖（或樣品）Z軸方向的位置，以保證在整個掃描過程中懸臂微小形變不變，即針尖與樣品間的作用力恒定。測量高度Z隨（x，y）位置變化，就可以得到樣品表面的形貌圖像。4.2 原子力顯微技術(shù) AFM4.2 原子力顯微技術(shù) AFMSPA-300HV4.2 原子力顯微技術(shù) AFMEtched Silicon Cantilever/TipNominal radius of curvature = 5-10nm4.2 原子力顯微技術(shù) AFM4.2.1 原子力顯微鏡的結(jié)構(gòu)4.2.2 造成AFM懸臂偏轉(zhuǎn)的力4.2.3 三種類型的

16、AFM4.2 原子力顯微技術(shù) AFM針尖和樣品表面間的力導(dǎo)致懸臂彎曲或偏轉(zhuǎn)。當(dāng)針尖在樣品上方掃描或樣品在針尖下做光柵式運(yùn)動時，探測器可實(shí)時地檢測懸臂的狀態(tài)，并將其對應(yīng)的表面形貌像顯示紀(jì)錄下來。4.2 原子力顯微技術(shù) AFM4.2.1 原子力顯微鏡的結(jié)構(gòu)4.2.1 原子力顯微鏡的結(jié)構(gòu)利用光學(xué)技術(shù)檢測懸臂位置一束激光被懸臂反射到位敏光探測器(PSPD)，當(dāng)懸臂變形時投射在探測器上的激光光斑的位置發(fā)生偏移，PSPD可以1nm的精度測量出這種偏移。4.2 原子力顯微技術(shù) AFM范德瓦爾斯力。毛細(xì)力。由于通常環(huán)境下，在樣品表面存在一層水膜，水膜延伸并包裹住針尖，就會產(chǎn)生毛細(xì)力，它具有很強(qiáng)的吸引（大約為1

17、0-8N）。范德瓦爾斯力和毛細(xì)力的合力構(gòu)成接觸力。4.2 原子力顯微技術(shù) AFM4.2.2 造成AFM懸臂偏轉(zhuǎn)的力吸引力atomatom范德瓦爾斯力吸引力在非接觸區(qū)間，懸臂和樣品間的原子距離保持在幾納米至幾十納米的量級，相互間存在的是吸引力，這種吸引力來自長程的范德瓦爾斯相互作用。當(dāng)懸臂和樣品間距離達(dá)到約為化學(xué)鍵長時（小于1nm），原子間作用力變?yōu)榱恪?.2 原子力顯微技術(shù) AFM4.2.2 造成AFM懸臂偏轉(zhuǎn)的力斥力atomatom范德瓦爾斯力排斥力若縫隙進(jìn)一步減小，范德瓦爾斯力成為正值的排斥力，此時原子是接觸的，懸臂和樣品間是排斥力。在排斥區(qū)間，范德瓦爾斯力曲線的斜率是非常陡的。4.2 原

18、子力顯微技術(shù) AFM4.2.2 造成AFM懸臂偏轉(zhuǎn)的力4.2.3.1 接觸式AFM4.2.3.2 非接觸AFM4.2.3.3 輕敲式AFM4.2 原子力顯微技術(shù) AFM4.2.3 三種類型的AFM接觸模式，也被稱為排斥力模式AFM針尖與樣品有輕微的物理接觸。在這種工作模式下，針尖和與之相連的懸臂受范德瓦爾斯力和毛細(xì)力兩種力的作用，二者的合力構(gòu)成接觸力。圖7.5濺射過程中，不同厚度的透明導(dǎo)電涂層ITO的表面形貌像（左）120nm (右) 450nm4.2 原子力顯微技術(shù) AFM4.2.3.1 接觸式AFM4.2.3 三種類型的AFM濺射過程中，不同厚度的透明導(dǎo)電涂層ITO的表面形貌像（左）120

19、nm (右) 450nm4.2 原子力顯微技術(shù) AFM4.2.3.1 接觸式AFM4.2.3 三種類型的AFM當(dāng)掃描器驅(qū)動針尖在樣品表面（或樣品在針尖下方）移動時，接觸力會使懸臂彎曲，產(chǎn)生適應(yīng)形貌的變形，檢測這些變形，便可以得到表面形貌像。AFM檢測到懸臂的偏轉(zhuǎn)后，則可工作在恒高或恒力模式下獲取形貌圖像或圖形文件。在恒高模式，掃描器的高度是固定的，懸臂的形態(tài)變化直接轉(zhuǎn)換成形貌數(shù)組。在恒力模式，懸臂變形被輸入到反饋電路，控制掃描器上下運(yùn)動，以維持針尖和樣品原子的相互作用力恒定。在此過程中，掃描器的運(yùn)動被轉(zhuǎn)換成圖像或圖形文件。4.2 原子力顯微技術(shù) AFM4.2.3.1 接觸式AFM4.2.3 三

20、種類型的AFM恒力工作模式的掃描器速度受限于反饋回路的響應(yīng)時間，但針尖施加在樣品上的力得到很好的控制，故在大多數(shù)應(yīng)用中被優(yōu)先選用。恒高模式常被用于獲得原子級平整樣品的原子分辨像。104.2 原子力顯微技術(shù) AFM4.2.3.1 接觸式AFM4.2.3 三種類型的AFM非接觸AFM（NC-AFM）應(yīng)用一種振動懸臂技術(shù)，針尖與樣品間距處于幾到幾十的范圍。此范圍在圖7-4范德瓦爾斯曲線中標(biāo)注為非接觸區(qū)間。剛硬的懸臂在系統(tǒng)的驅(qū)動下以接近于共振點(diǎn)的頻率振動。共振頻率隨隨著懸臂所受的力的梯度變化，也反映針樣間隙或樣品形貌的變化。檢測共振頻率或振幅的變化，可以獲得樣品表面形貌信息。含水滴表面的接觸和非接觸A

21、FM圖像4.2 原子力顯微技術(shù) AFM4.2.3.2 非接觸AFM 4.2.3 三種類型的AFM4.2.3 三種類型的AFM非接觸AFM(NC-AFM)應(yīng)用振動懸臂技術(shù)，針尖與樣品間距處于幾納米至數(shù)十納米范圍，在范德瓦爾斯曲線中的非接觸區(qū)間。針尖與樣品之間不接觸或略有接觸，二者之間的作用力很小，在研究軟體或彈性樣品是非常有利的。4.2 原子力顯微技術(shù) AFM4.2.3.2 非接觸AFM 懸臂共振頻率和樣品形貌變化關(guān)系剛硬的懸臂在系統(tǒng)的驅(qū)動下以接近于共振點(diǎn)的頻率（典型值從100-400KHz）振動，振幅則是幾納米至數(shù)十納米。共振頻率隨懸臂所受力的梯度變化，力的梯度可由力-間隙關(guān)系曲線的微分得到。

22、4.2.3 三種類型的AFM4.2 原子力顯微技術(shù) AFM4.2.3.2 非接觸AFM 在NC-AFM中，采用恒力模式，系統(tǒng)檢測懸臂的共振頻率或振幅并借助反饋控制器提升和降低掃描器，同時保證共振頻率或振幅不變，掃描器的運(yùn)動轉(zhuǎn)換成圖像或圖形文件。4.2.3 三種類型的AFM4.2 原子力顯微技術(shù) AFM4.2.3.2 非接觸AFM 接觸式與非接觸式AFM比較：接觸式AFM多次掃描之后經(jīng)常觀察到針尖和樣品變質(zhì)現(xiàn)象，所以測量軟體樣品時NC-AFM比接觸式AFM更具優(yōu)越性。在剛性樣品情況下，接觸和非接觸模式成像，所得的圖像質(zhì)量是一樣的。4.2.3 三種類型的AFM4.2 原子力顯微技術(shù) AFM4.2.

23、3.2 非接觸AFM 但在剛性樣品表面存在若干層凝結(jié)水時，圖像是極不相同的。接觸模式的AFM會穿過液體層獲得被液體淹沒的樣品表面圖像，而非接觸模式AFM只能對液體層的表面成像。4.2 原子力顯微技術(shù) AFM3 輕敲成像模式同非接觸模式相似，在針尖掃描過程中，微懸臂也是震蕩的，其振幅比非接觸模式更大，同時針尖在震蕩時間斷地與樣品接觸。在微懸臂震蕩過程中，由于針尖間斷式地與樣品接觸，因此其振幅不斷改變。反饋系統(tǒng)根據(jù)檢測到這個變化的振幅，不斷調(diào)整針尖與樣品間距，以便控制微懸臂振幅，進(jìn)而控制針尖在樣品表面上力的恒定，從而獲得原子力顯微圖像。優(yōu)點(diǎn)：分辨率高，可應(yīng)用于柔性、易碎和粘附性樣品。4.2 原子力

24、顯微技術(shù) AFM4.2 原子力顯微技術(shù) AFM第四章 掃描探針顯微分析技術(shù)4.1 掃描隧道顯微鏡 STM4.2 原子力顯微技術(shù) AFM4.3 其他掃描探針顯微技術(shù)第四章 掃描探針顯微分析技術(shù)STM、AFM是眾多掃描探針顯微技術(shù)中的一部分。大多數(shù)商品化的儀器均為模塊化結(jié)構(gòu)，只需在標(biāo)配的鏡體上更換或增添少量的硬件就可實(shí)現(xiàn)功能的增加或轉(zhuǎn)換磁力顯微技術(shù)（MFM）可對樣品表面磁力的空間變化成像。MFM的針尖上鍍有鐵磁性薄膜，系統(tǒng)工作在非接觸模式，檢測由隨針樣間隙變化的磁場引起的懸臂共振頻率的變化4.3 其他掃描探針顯微技術(shù)4.3.1磁力顯微技術(shù)用磁力針尖獲得的圖像都包含著表面形貌和磁特性與范德瓦爾斯力相

25、比，原子間磁力在較大的間隙時仍保留一定量值。在不同的針尖高度下采集一系列圖像是剝離兩種效應(yīng)的一種途徑。如果針尖靠近表面，即處在標(biāo)準(zhǔn)的非接觸模式工作區(qū)間，則圖像主要含形貌信息。隨著間隙增大，磁力效應(yīng)變得顯著。硬盤磁記錄單元的形貌像（左）和MFM圖像（右） 4.3 其他掃描探針顯微技術(shù)4.3.1磁力顯微技術(shù)AFM針尖以接觸方式掃描樣品，將一周期信號加在針尖或樣品上，由此信號驅(qū)動產(chǎn)生的懸臂調(diào)制振幅隨樣品彈性而變。 4.3 其他掃描探針顯微技術(shù)4.3.2 力調(diào)制顯微術(shù)（FMM）原理是在針尖與樣品之間施加電壓，其懸臂和針尖不與樣品相碰，當(dāng)懸臂掃描至靜電荷時，懸臂偏轉(zhuǎn)。EFM可以顯示樣品表面的局部電荷疇結(jié)

26、構(gòu)，例如電子器件中電路靜電場分布。正比于電荷密度的懸臂偏轉(zhuǎn)振幅可以用標(biāo)準(zhǔn)的光束反射系統(tǒng)測量。4.3 其他掃描探針顯微技術(shù)4.3.3 靜電力顯微技術(shù)（EFM）4.3.4 掃描電容顯微技術(shù)（SCM）4.3.5熱掃描顯微技術(shù)（TSM）4.3.6 近場掃描光學(xué)顯微術(shù)(NSOM)4.3.7 近場掃描光學(xué)顯微術(shù)(NSOM)4.3.8 納米光刻4.3 其他掃描探針顯微技術(shù)彈道電子發(fā)射顯微鏡（BEEM）按照STM的工作原理當(dāng)探針與樣品的距離非常近時，由于探針的電勢場高于樣品，探針會向樣品發(fā)射電子，這些隧道電子進(jìn)入樣品到達(dá)界面時，雖然大部分電子的能量由于被衰減而被樣品勢壘反彈回來，但是仍有少量能量較高的分子能夠

27、穿透界面到達(dá)下層材料，這些穿透過界面的分子成為彈道分子。由于彈道分子在穿過界面時攜帶了許多有關(guān)界面的信息，因此BEEM為界面的研究提供了有價值的數(shù)據(jù)。近場光學(xué)顯微鏡（Scanning Near-field Optical Microscope） 將一個同時具有傳輸激光和接收信號功能的光纖微探針移近樣品表面，微探針表面除了尖端部分以外均鍍有金屬層以防止光信號泄露，探針的尖端未鍍金屬層的裸露部分用于在微區(qū)發(fā)射激光和接收信號。當(dāng)控制光纖探針在樣品表面掃描時，探針一方面發(fā)射激光在樣品表面形成隱失場，另一方面又接收10-100納米范圍內(nèi)的近場信號。 探針接收到的近場信號經(jīng)光纖傳輸?shù)焦鈱W(xué)鏡頭或數(shù)字?jǐn)z像頭進(jìn)

28、行記錄、處理，在逐點(diǎn)還原成圖象等信號。近場光學(xué)顯微鏡的其它部分與STM或AFM很相似。存在的問題及其展望借助其它技術(shù)手段在，難以絕對定量物質(zhì)的性質(zhì)考察物質(zhì)性質(zhì)時，SPM空間分辨率較低獲取數(shù)據(jù)速率較慢難以快速的控制原子，分子的結(jié)構(gòu)4.3 其他掃描探針顯微技術(shù)掃描探針顯微鏡的特點(diǎn)1. 分辨率高HM：高分辨光學(xué)顯微鏡；PCM：相反差顯微鏡；(S)TEM：（掃描）透射電子顯微鏡；FIM：場離子顯微鏡；REM：反射電子顯微鏡 橫向分辨率可達(dá)0.1nm縱向分辨率可達(dá)0.01nm第四章 掃描探針顯微分析技術(shù) 2、可實(shí)時地得到隨時間變化的表面的三維圖像 應(yīng)用：可用于表面擴(kuò)散等動態(tài)過程的研究。 3、可以觀察單個原子層的局部表面結(jié)構(gòu)，而不是體相或整個表面的平均性質(zhì)。 應(yīng)用：可直接觀察到表面缺陷、表面重構(gòu)、表面吸附體的形態(tài)和位置，以