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原子力顯微鏡測量架構(gòu)分析——蘇州飛時(shí)曼

來源:蘇州飛時(shí)曼精密儀器有限公司   2019年07月22日 14:02  

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

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(chǎn)生微細(xì)位移,以測得表面結(jié)構(gòu)形狀,其中常用的距離控制方式為光束偏折技術(shù)。

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(dāng)探針的和樣品的表面接觸非常近時(shí),它們二者之間會(huì)產(chǎn)生一股作用力,其作用力的大小值會(huì)隨著探針與樣品間距離的大小變化而變化,使得懸臂發(fā)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(dāng)探針掃描過樣品表面時(shí),反射的雷射光角度也會(huì)發(fā)生變化,感光二極管的二極管電流也會(huì)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(jì)算機(jī)計(jì)算可產(chǎn)生所測樣品表面三維空間影像。

在測量樣品到系統(tǒng)計(jì)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(huì)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(qiáng)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(diào)節(jié)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(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)反饋控制。因此,反饋控制是本系統(tǒng)的核心工作機(jī)制。系統(tǒng)采用數(shù)字反饋控制回路,用戶在控制軟件的參數(shù)工具欄通過參考電流、積分增益和比例增益等幾個(gè)參數(shù)的設(shè)置對該反饋回路的特性進(jìn)行控制。

 

蘇州飛時(shí)曼精密儀器有限公司作為自主研發(fā)AFM的原子力顯微鏡廠家,推出的掃描近場光學(xué)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(shí)曼原子力顯微鏡系統(tǒng)

配置清單:

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

2、光學(xué)顯微鏡聯(lián)用掃描近場光學(xué)顯微鏡系統(tǒng);

3、采用光子計(jì)數(shù)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(yīng)范圍優(yōu)于:350-1000nm,探針近場可重復(fù)性大于90% ;

5、配備10根孔徑90nm SNOM探針。
 

主要技術(shù)指標(biāo):

1、X-Y線性掃描范圍:50umX50um;

2、掃描臺(tái)在Z方向的線性移動(dòng)范圍:5um ;

3、樣品尺寸:小于40mmX40mm;

4、樣品臺(tái)水平移動(dòng)范圍:6mmX6mm;

5、剪切力分辨率: Z方向1nm; XY方向10nm ;

6、光學(xué)分辨率:50-100nm,取決于探針質(zhì)量;

7、Z方向步進(jìn)距離:小于200nm。

 

原子力顯微鏡系統(tǒng)

1、AFM成像功能包括:接觸式/輕敲模式/側(cè)向力模式;

2、樣品掃描范圍:100umx100umx10um(WHD),三維全量程閉環(huán)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(shù)字化控制系統(tǒng): XY采用18-bit D/A, Z采用16-bitD/A;

4、數(shù)據(jù)采樣:14-bit A/D、雙多路同步采樣。
 

掃描近場光學(xué) 原子力顯微鏡聯(lián)用系統(tǒng):

主要部件:

掃描管:國外進(jìn)口;

探針:國外進(jìn)口;

激光器:國外進(jìn)口;

光子計(jì)數(shù)器模塊/微光探測光電倍增管模塊:國外進(jìn)口;

控制軟件:自主開發(fā)。

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