原子力顯微鏡（AFM） 發布時間：2024-06-03 14:21:32
1.設備型號
Bruker(原Veeco) Dimension Edge 原子力顯微鏡。
2. 原理
Dimension Edge?原子力顯微鏡采用Bruker（布魯克）專利的PeakForce Tapping ? 技術，提供同類產品中高水平的原子力顯微鏡（Atomic Force Microscope，AFM）。基于 Dimension Icon 平臺開發，Dimension Edge系統的設計具有低漂移、低噪音的特點，大大提高了數據獲取速度和可靠性，使用這臺全新的儀器，幾分鐘時間即可獲得高質量、可發表的專業數據。另外，其集成的可視化反饋和預配置設置，使其如專家現場操作一樣，簡單方便，測量結果高度一致。Dimension Edge最先進的大樣品 AFM 功能和技術可為每個用戶的多種應用環境提供選擇。
原子力顯微鏡是將一個對微弱力極敏感的微懸臂一端固定，另一端有一微小的針尖，針尖與樣品表面輕輕接觸，由于針尖尖端原子與樣品表面原子間存在極微弱的作用力（斥力或者范德華力），通過掃描時控制這種力的恒定，帶有針尖的微懸臂將對應于針尖與樣品表面原子間作用力的等位面而在垂直于樣品的表面方向起伏運動。利用光學檢測法和隧道電流檢測法，可以測得微懸臂對應于掃描各點的位置變化，從而獲得樣品的表面形貌信息。
布魯克 AFM 探針
AFM工作原理圖
3. 性能參數
4. 特點
l 模塊化顯微鏡和電子系統，以中等成本提供高圖像保真度和研究靈活性。
l 內置訪問信號通路，支持自定義測量和擴展功能。
l 集成大樣品臺控制系統,提供快速的樣品測量定位導航和高效的多點位測量。
l 閉環精度
該系統的核心配件是布魯克著名的閉環掃描器。該掃描器采用溫度補償位置傳感器，由模塊化設計的低噪聲控制電子器件驅動，可將探針掃描的閉環噪聲級別降低至單個化學鍵長度的量級。
水蚤是小甲殼類動物（體長400 μm至 3 mm），對環境因素具有極強的抵抗力，如高pH值（高達pH 9.5）水環境，然而，這種獨特抵抗力背后的原因鮮為人知。因此，研究其甲殼的納米級特性，以及為什么物體不易粘附到甲殼表面等性質，對工業表面的開發、設計以及對生物學家來說，具有特別的吸引力。
l 大樣品平臺
Dimension Edge 樣品臺不僅由馬達控制，可進行編程實現高效多點測量，還允許您直接在 AFM 掃描器下同時放置更多類型的樣品，減少樣品放置時間。探針-樣品交匯處的物理開放性，使您能夠更直接地觀察樣品器件的幾何結構，以及器件的電氣連接或放置其他定制的實驗附件。
l 自動成像優化
Dimension Edge 采樣階段不僅可進行電動和可編程，可進行高效的多點測量，還允許您直接在 AFM 掃描儀下安裝更多類型的樣品，同時使用更少的制備時間。對探針-樣品交匯點的物理開放訪問能夠更直接地調查具有幾何挑戰性的器件結構，以及電氣連接或其他定制實驗附件的附件的附件。
HOPG 上 C36H74 烷的閉環相位圖像。清晰可見的片層結構間距，與 C36H74 鏈的長度間距（±4.5nm）一致。圖像大小 130nm。
5. 應用范圍
– 表面形貌、成分分辨
?具備接觸、輕敲等多種模式成形貌像，XY分辨率0.25nm，Z噪聲<0.05nm
?摩擦力圖像、定量相位圖像
– 表面局域電場力、磁場力和表面電勢
?電場力、磁場力圖像
?表面電勢可分辨表面兩點電勢差絕對值，分辨率10mV
– 載流子濃度、氧化層缺陷、局域導電性
?掃描電容模塊(SCM)可測量dc/dV曲線，表征表面局域載流子濃度、氧化層缺陷等
?導電原子力(CAFM) 可測量I/V曲線，表征表面局域導電性。偏壓范圍1mV-12V，電流范圍10nA-1uA
?掃描擴展電阻(SSRM)可測量表面電阻分布，表征局域導電性和載流子濃度等。偏壓范圍1mV-12V，電流范圍10pA-1mA
– 納米加工
?可編程控制針尖動作和測量過程，對表面進行納米操縱、刻蝕等。
6. 案例分析
(1) Kerf結構的閉環形貌圖，顯示雙嵌入式結構中的內接觸孔。Dimension 掃描器和布魯克 FIB 探針的配合使用，能對此具有挑戰性的幾何結構進行成像，且不會損壞探針。
(2)使用Dark Lift SCM 對 SRAM 樣品進行精確的 2D 摻雜分析。圖像大小 15μm。
(3)Dimension Edge 高性能 AFM 能夠觀察小麥谷物成分中生物聚合物的納米級結構，從而更好地了解其結構與谷物產品宏觀特性的關系。圖像大小90μm。
(4)聚合物刷的智能成像模式（ScanAsyst）掃描圖像。圖像大小200nm.
(5)HOPG 上 C36H74 烷的閉環相位圖像。清晰可見的片層結構間距，與 C36H74 鏈的長度間距（±4.5nm）一致。圖像大小130nm。
(6)閉環相位圖像。顯示了聚（苯乙烯-b-丁二烯-b-苯乙烯）三聚體中的微相分離。圖像大小為 2μm。
(7) 緩沖溶液中DNA的原位智能模式（ScanAsyst）掃描圖像。圖像大小500nm。
(8) Dimension Edge 提供一整套納米機力學性能和電學模式：相位成像、力譜、壓電響應力顯微鏡、導電 AFM 和開爾文探針力顯微鏡等。結合獨特的設計以實現最高空間分辨率及原子分辨率成像。
(9)Dimension Edge 提供全套電學模式：利用布魯克的專利 Lift Mode，實現電場梯度成像的EFM，靈敏的功函數測量的 KPFM ，無假象導電圖測量的Dark lift CAFM模式等。
(10)接觸模式云母晶格原子像。圖像大小1.5nm。
(11) 圖案藍寶石底板 （PSS） 是 LED 制造商用于提高光輸出和整體設備效率的一種技術。PSS 是一種藍寶石晶圓，其周期圖案已刻在其中。圖案的形狀各不相同，但以圓錐形、半球形、金字塔形或其他類似結構為主。這些結構可用于改變發射光子的角度，減少總內部反射，從而提高效率。Edge-PSS AFM 可提供控制 PSS 制程計量，包括特征高度、寬度和角度測量，同時提供完整的 3D 輪廓。Edge-PSS能滿足 PSS 供應商和 LED 制造商縮小結構尺寸、提高產品效率的需求。
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