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原子力顯微鏡測量架構分析——蘇州飛時曼

點擊次數:2183  發布時間:2019-07-22

AFM原子力顯微鏡的主要構成可分為五大塊:探針、偏移量偵測器、掃描儀、回饋電路及計算機控制系統。

AFM原子力顯微鏡的探針長度只有幾微米長,一般由懸臂梁及針尖所組成,主要原理是由針尖與測試樣片間的原子作用力,使懸臂梁產生微細位移,以測得表面結構形狀,其中常用的距離控制方式為光束偏折技術。

探針放置于一彈性懸臂(cantilever)末端,一般由Si、SiO2、SiN4、納米碳管等所組成探針,。當探針的和樣品的表面接觸非常近時,它們二者之間會產生一股作用力,其作用力的大小值會隨著探針與樣品間距離的大小變化而變化,使得懸臂發生彎曲或者偏移,用低功率雷射照射在懸臂末端上,利用感光二極管偵測器(Photodetector)來測量低功率雷射光所反射的角度變化。因此當探針掃描過樣品表面時,反射的雷射光角度也會發生變化,感光二極管的二極管電流也會隨之不同。再由所測量初的電流變化,推算出懸臂被彎曲或歪移的程度,輸入計算機計算可產生所測樣品表面三維空間影像。

在測量樣品到系統計算出影像的過程中,探針和被測樣品間的距離始終保持在納米量級。距離太大則不能獲取到樣品表面的信息,距離太小則會損傷探針和被測樣品表面;回饋電路的作用就是在工作過程中,由探針得到探針與樣品相互作用的強度,來改變加在樣品掃描器垂直方向的電壓,從而使樣品伸縮,調節探針和被測樣品間的距離,反過來控制探針一樣品相互作用的強度,實現反饋控制。因此,反饋控制是本系統的核心工作機制。系統采用數字反饋控制回路,用戶在控制軟件的參數工具欄通過參考電流、積分增益和比例增益等幾個參數的設置對該反饋回路的特性進行控制。

 

蘇州飛時曼精密儀器有限公司作為自主研發AFM的原子力顯微鏡廠家,推出的掃描近場光學顯微鏡采用探針收集模式,用于近場光譜及納米分辨成像。

飛時曼原子力顯微鏡系統

配置清單:

1、激光器:半導體激光器,波長:532nm,( 635nm;800nm、405nm可選;)

2、光學顯微鏡聯用掃描近場光學顯微鏡系統;

3、采用光子計數器模塊或微光探測光電倍增管模塊,工作波長280nm-870nm;

4、近場探針波長響應范圍優于:350-1000nm,探針近場可重復性大于90% ;

5、配備10根孔徑90nm SNOM探針。
 

主要技術指標:

1、X-Y線性掃描范圍:50umX50um;

2、掃描臺在Z方向的線性移動范圍:5um ;

3、樣品尺寸:小于40mmX40mm;

4、樣品臺水平移動范圍:6mmX6mm;

5、剪切力分辨率: Z方向1nm; XY方向10nm ;

6、光學分辨率:50-100nm,取決于探針質量;

7、Z方向步進距離:小于200nm。

 

原子力顯微鏡系統

1、AFM成像功能包括:接觸式/輕敲模式/側向力模式;

2、樣品掃描范圍:100umx100umx10um(WHD),三維全量程閉環控制掃描器, xyz非線性度小于0.05%,xy方向掃描精度:0.2nm;z方向掃描精度 0.05nm;

3、數字化控制系統: XY采用18-bit D/A, Z采用16-bitD/A;

4、數據采樣:14-bit A/D、雙多路同步采樣。
 

掃描近場光學 原子力顯微鏡聯用系統:

主要部件:

掃描管:國外進口;

探針:國外進口;

激光器:國外進口;

光子計數器模塊/微光探測光電倍增管模塊:國外進口;

控制軟件:自主開發。

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