基于STM的多模式扫描探针显微镜的建立

在已有的扫描隧道显微镜（STM）基础上设计了一套集STM、 光子扫描隧道显微镜（PSTM）、近场扫描光学显微镜（NSOM）、扫描近场声学显微镜（SNAM）为一体的多模式扫描探针显微系统（SPM）。系统的4种模式可通过转换开关方便地切 换,探头的更换也很容易。利用本系统对典型样品进行了扫描成像。测试表明,系统具有良好的稳定性和超高分辨率。     

多探头扫描探针显微镜系统

虽然扫描探针显微镜具有高分辨率等优异性能，但不足之处也显而易见。较低的扫描和采样速度使工作效率不高。多探针或多探头的概念就是为提高扫描探针显微镜的工作效率而提出的。为了摸索多探头扫描探针显微镜的特点和解决半导体工业晶片检测的实际需求，我们设计了四探头SPM。本文主要介绍我们研制的四探头扫描探针显微镜系统，并探讨多探头SPM的设计方法。     

扫描探针显微镜系统的各种组合方式

综述了扫描探针显微镜(SPM)系统中显微镜主体部分的各种结构方式,分析其优缺点,对新型SPM的设计提供了参考。     

振动模式扫描极化力显微镜及其应用

振动模式扫描极化力显微镜采用一种新的扫描探针显微成像方式，它可以在极化力介导的非接触方式和轻敲方式之间自由切换。在极化力介导的非接触方式中，极化力叠加在范德华力上，克服了一般的原子力显微镜(AFM)非接触模式中因成像力程太短而不容易稳定的缺点；通过调节针尖的高度，从极化力介导的非接触方式进入到极化力介导的轻敲方式，又能部分消除AFM轻敲模式中毛细力的干扰，还可以用比AFM轻敲模式中最小稳定成像力更小的力进行成像。针尖的高度可以通过调节Asp(Amplitude setpoint)或插入扫描高度参数(lift scan height)来控制，这一方法简单易行。利用这一模式对肢体金颗粒和DNA的高度进行测量，在一定程度上证明了轻敲模式中针尖压力的确会造成柔软生物样品的变形。     

扫描探针显微镜在纳米医学研究中的应用

扫描探针显微镜(SPM)的发明和发展,促进了纳米科技和纳米医学等新学科的诞生和发展.如今,SPM已经形成了一个庞大的、高度自动化的探针显微镜家族,在纳米科技和纳米医学研究中发挥着重要作用.     

扫描近场光学显微镜中探针样品间距控制方法

在动态原子力与近场光学扫描显微镜中,探针与样品的间距关系到分辨率以及扫描速度这两个最重要参数的性能。在对几种主要的动态原子力/扫描近场光学组合显微镜的探针/样品间距控制模式分析的基础上,认为提高探针Q值是提高扫描显微镜分辨率的有效方法。但是,对采用检测控制探针振幅模式,期望在提高分辨率的同时加快扫描成像速度是不可实现的,因而限制了其发展的空间。而在检测控制探针频率模式下,提高探针Q值,可有效提高扫描探针显微镜的分辨率,且不会制约扫描成像速度的提高。该结论为将来的纳米操作和纳米超高密度光存储的实用化提供了可能,对大连理工大学近场光学与纳米技术研究所研制的原子力与光子扫描隧道组合显微镜(AF/PSTM)的改进和产业化具有积极意义。     

振动与扫描速率综合影响SPM图像的实验研究

探讨了外界激振对扫描探针显微镜(SPM)图像的影响。针对DI扫描探针显微镜MultiMode^TM SPM，以Tektronix任意波形发生器AWG202l驱动PC扬声器作为激振源，以SIOS微型激光干涉测振仪SP—S为测振系统，研究了0～7kHz频带内SPM机体的简谐迫振对扫描图像的影响。实验表明，针尖-样品副所受激振影响不同于SPM机体；0～1kHz频带内的激振影响显著，再高频段则影响甚微；外界激振与SPM扫描的综合作用影响成像的结果；针尖-样品副的粘弹性模型是SPM振动影响研究的指导理论。     

深亚微米ULSI工艺检测技术——扫描探针显微镜

扫描探针显微镜(SPM)是80年代发展起来的一种具有超高空间分辨率的显微技术。扫描探针显微镜功能强大,在表面科学、生命科学、微电子工业等许多领域得到广泛的运用。随着集成电路的线宽进入深亚微米阶段,扫描探针显微镜在ULSI工艺表征中显得日益重要。本文将介绍扫描探针显微镜及其在微电子工艺和器件微分析中的应用。     

在SPM通用平台上开发特殊功能扫描探针显微镜

SPM通用平台是一套扫描探针显微镜开发工具系统，它提供了一种开发生产SPM新的思路和方法，使SPM成为通用、开放、兼容的仪器体系。本文介绍了SPM通用平台的原理、指标和在其上扩展扫描隧道显微镜、原子力显微镜等功能模块的方法，以及智能型SPM通用平台的研究思路。     

用于确定表面特性的扫描探针显微法

扫描探针显微法(SPM)常用于半导体和磁盘驱动行业的成象和计量。SPM可在简单如环境空气、复杂如温度控制样品及真空载物台等各种环境下提供定量的3维数据。它和扫描电子显微法(SEM)不同,其样品准备工作极少,在几分钟内就可把圆片放置在SPM载物台上进行扫描。新的扫描尖端使SPM已经不仅仅是获取表面信息的高倍率工具。同样的仪器可用于测量埃等级的表面粗糙度。SPM还能获得和显示诸如摩擦力、磁力、电势能以及表面一致性等表面性质。有极高纵横比的探针还可在斜槽内成像。     

数字扫描探针显微镜中的DSP技术

本文介绍了我们研制数字ＳＰＭ仪器时在ＤＳＰ芯片选型、ＳＰＭ－ＤＳＰ插卡设计、开发工具ＤＳＰ软件及其基本算法方面的考虑和解决方案并简介一种采用德州仪器公司ＴＭＳ３２０Ｃ５０ＤＳＰ芯片设计的ＳＰＭ仪器该仪器已实现ＳＴＭ模式、接触ＡＦＭ模式、非接触ＡＦＭ模式,并具有和多种ＳＯＰＭ头部接口的开放性结构。     

原子力显微镜磁驱动轻敲模式在活细胞成像中的应用研究

应用MI公司最新发展的磁驱动轻敲模式(MAC mode)时体外培养成纤维细胞系3T3细胞进行在位成像研究.分别用力常数为0.95 N/m及0.03 N/m的微悬臂进行磁驱动轻敲模式成像,并与接触模式进行比较.同时研究了固定细胞与活体细胞之间的形貌差异.结果显示,利用上述两种微悬臂探针,磁驱动轻敲模式均可获得高分辨像.与接触模式相比,磁驱动轻敲模式对活细胞的影响较小,在细胞膜表面微结构及细胞内亚结构成像方面,有明显优势.而接触模式由于其施力方式,使活细胞应力纤维应激性绷紧,更适合于对活体细胞应力纤维的成像研究.固定细胞与活细胞表面形貌存在较大差异,在生理环境下,进行活细胞检测更能了解细胞的真实状况.     

Intermittent contact scanning capacitance microscopy-An improved method for 2D doping profiling

In the present study an improved method for 2D doping profiling of semiconductor device structures is presented. The method combines the capabilities of scanning capacitance microscopy (SCM) with the advantages of intermittent contact atomic force microscopy (IC-AFM) and is called intermittent contact scanning capacitance microscopy (IC-SCM). Compared with standard SCM, IC-SCM provides mechanically stable measurement conditions because tip wear is nearly eliminated. Furthermore, background signals without local information are suppressed by demodulating the SCM signal at higher harmonics of the tapping tip frequency. Both, reduced tip wear and higher harmonics demodulation yield improved spatial image resolution at less tip degradation compared with standard SCM.     

计量型扫描显微镜中大行程纳米定位系统研制

为克服现有计量型扫描探针显微镜(SPM)测量范围小、测量速度低的不足,提出了快速共焦显微镜和SPM结合的大量程、高速、可溯源扫描显微镜,实现了一种大行程纳米定位系统,用于显微镜的扫描定位。系统包括伺服电机驱动的两维机械位移台和压电陶瓷(PZT)驱动的三维柔性铰链微动台,具有双伺服环运动控制机制,由双频激光干涉测量系统进行反馈和溯源。为抑制系统噪声,提高定位精度,设计了数字切比雪夫滤波器,将噪声减小85%。在100 mm×100 mm×20μm行程内,系统具有优于5 nm的定位精度和2 nm的分辨率。     

扫描探针声显微镜原理及其应用

将声学检测技术与扫描探针显微术相结合,构成的扫描探针声显微镜,不仅可以检测材料表面、亚表面和内部的微小缺陷,还可以分析样品的弹性特性、电特性等物理性能,同时还具有分辨率高的特点,在材料科学和生命科学等领域具有很高的应用价值.目前,得到实际应用的扫描探针声显微镜主要有扫描隧道声显微镜和原子力声显微镜.本文介绍了这两类显微镜的基本工作原理,并对扫描探针声显微镜今后的发展方向进行了探讨.     

光子扫描隧道显微镜光子隧穿可视化数值模拟

提出了一种新的入射波设置“三波法”,即将光子扫描隧道显微镜(PSTM)系统中的入射波、全内反射波和透射的隐失波同时设置为时域有限差分(FDTD)计算区域的入射源,克服了PSTM中应用FDTD所遇到的存在样品台(分层界面)和全内反射等困难。给出了PSTM中探针针尖与样品相互作用和光子隧穿的物理图像。模拟了PSTM探针等高扫描过程。给出了PSTM图像,比较了单光束照射与π对称照射等高度扫描曲线的不同,前者有一定的偏移,后者可纠正偏移。     

一种适用于扫描探针显微镜的符合扫描模式

扫描模式问题是长期困扰包括扫描隧道显微镜（ Ｓ Ｔ Ｍ） ,原子力显微镜（ Ａ Ｆ Ｍ） 在内的扫描探针显微镜（ Ｓ Ｐ Ｍ） 测量精度和速度的关键问题。理论与实验均表明：“符合扫描”消除了原有扫描模式带来的测量误差。这种模式还使测量速度提高了约７０ ％ ,不仅可以使现在的观察型 Ｓ Ｔ Ｍ 的性能得到提高,而更重要的是对 Ｓ Ｐ Ｍ 从观察型向计量型的转变在扫描模式方面提供了保障,对原子量级信息读取速度和精度的提高也具有重要意义     

聚合物涂层表面机械性能的扫描探针显微镜研究

We have used a scanning probe microscope,equipped with a custom-made probe,consisting of a conical-shaped diamond tip and rectangular tungsten cantilever,to study mechanical properties of cross-linked polymeric surface coatings.A new method to measure the mar resistance,a very desirable characteristic of surface coatings,has been developed,by using the custom-made tip to mar the surface under well-controlled conditions,and using the conventional tip to image the marred surface and measure the dimension of the mars.Based on the dimension of the mar,different responses of coatings to marring stress,elastic recovery,plastic deformation,and brittle fracture,can be identified quantitatively with great accuracy also.In addition,the dynamic process,such as viscoelastic creep,stress-hardening,micro-crack developing,and surface fatigue,has been studied with the SPM.     

Analysis of Scanned Probe Images for Magnetic Focusing in Graphene

We have used cooled scanning probe microscopy (SPM) to study electron motion in nanoscale devices. The charged tip of the microscope was raster-scanned at constant height above the surface as the conductance of the device was measured. The image charge scatters electrons away, changing the path of electrons through the sample. Using this technique, we imaged cyclotron orbits that flow between two narrow contacts in the magnetic focusing regime for ballistic hBN–graphene–hBN devices. We present herein an analysis of our magnetic focusing imaging results based on the effects of the tip-created charge density dip on the motion of ballistic electrons. The density dip locally reduces the Fermi energy, creating a force that pushes electrons away from the tip. When the tip is above the cyclotron orbit, electrons are deflected away from the receiving contact, creating an image by reducing the transmission between contacts. The data and our analysis suggest that the graphene edge is rather rough, and electrons scattering off the edge bounce in random directions. However, when the tip is close to the edge, it can enhance transmission by bouncing electrons away from the edge, toward the receiving contact. Our results demonstrate that cooled SPM is a promising tool to investigate the motion of electrons in ballistic graphene devices.