扫描探针显微镜实验报告

实验报告

（2）STM的优点

具有原子级高分辨率；可实时地得到在真实空间中表面的三维图象；可观察单个原子层的局部表面结构；可在真空、大气、常温等不同环境下工作，甚至可将样品浸在溶液中，并且探测过程对样品无损伤；配合扫描隧道谱STS(Scanning Tunneling Spectroscopy)可以得到有关表面电子结构的信息；利用针尖可以搬迁和操纵单个原子。

（3）STM 的局限性

在STM的恒流工作模式下，有时它对样品表面微粒之间的某些沟槽不能够准确探测，与此相关的分辨率较差。STM所观察的样品必须具有一定程度的导电性。

（4）STM的基本原理

将原子线度的极细探针和被研究物质的表面作为两个电极，当样品与针尖的距离非常接近(通常小于1nm) 时，在外加电场的作用下，电子会穿过两个电极之间的势垒流向另一电极。隧道电流强度对针尖和样品之间的距离有着指数依赖关系，当距离减小0.1nm，隧道电流即增加约一个数量级。因此，根据隧道电流的变化，我们可以得到样品表面微小的高低起伏变化的信息，如果同时对x-y方向进行扫描，就可以直接得到三维的样品表面形貌图，这就是扫描隧道显微镜的工作原理。

（5）STM的基本结构

STM 仪器由具有减振系统的STM 头部(含探针和样品台)、电子学控制系统和计算机组成。

（6）STM的应用

扫描图像；操纵单一分子或原子；. I-V曲线测定、信息存储。

3.AFM概述

（1）AFM原理及结构

AFM的装置和STM一样，AFM也有：振动隔绝系统；机械系统；针尖系统；电子系统和计算机系统几个大的部分组成。

（2）AFM的应用

纳米材料的形貌测定；纳米尺度的物性测量；生物材料的研究；纳米结构加工。

4.SPM概述

（1）SPM的原理

利用压电材料，将电压转变为位移，控制探针在纳米级的距离上对被测样品的表面进行扫描，同时记录扫描过程中探针和样品的相互作用，从而得到样品的表面信息。

（2）扫描探针显微镜（SPM）与其他显微镜技术的各项性能指标比较

四、实验结果及数据处理

此图扫描事业面积为2μm×2μm,图中棕黄色的部

分代表为平整的硅板面，金黄色的点状部分代表堆

积的锗粒子，点越亮代表锗粒子堆积的高度越高，

反之则越低。

此图所示为立体三维图

如此图所示，样品中该锗粒子上下两边的高度分别为：Z1=10.37531nm ，Z2=17.32571nm，高度差△Z=6.950402nm，两点间距离为32.39466nm，两点间角度差为12.10945°；左右两边的高度分别为Z1=10.00725nm ，Z2=10.25314nm，高度差△Z=0.245891nm，两点间距离为65.05928nm，两点间角度差为0.216548°。

所以，该锗粒子的直径约为65.05928nm，高度约为32.39466nm。

同时，此图有关的值：

Ra 平面光洁度2.395E+00 nm

P-V 最大高低差2.669E+01 nm RMS 均方面光洁度3.045E+00 nm RZ 10 点平均光洁度1.983E+00 nm S 表面积4.090E+06 nm2

S Ratio 表面力矩1.00758

Ra 断面中心线平均光洁度6.036E+01 nm P-V 最大高低差0.000E+00 nm

L 测定长度8.238E+02 nm

λ c cut off值4.570E+01 nm

△a 平均倾斜角 1.072E+01°Histogram Z值范围的频率分布1.18 Bearing Ratio Z值的最大值到Z值分布的累

积频率分布19.68