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原子力显微镜(AFM) 发布时间:2016-03-16 10:25:28

1.设备型号

Bruker(原Veeco) Dimension Edge 原子力显微镜。


原子力显微镜(AFM) 00 副本.jpg


2. 原理

Dimension Edge™原子力显微镜采用Bruker(布鲁克)专利的PeakForce Tapping ® 技术,提供同类产品中高水平的原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)。基于 Dimension Icon 平台开发,Dimension Edge系统的设计具有低漂移、低噪音的特点,大大提高了数据获取速度和可靠性,使用这台全新的仪器,几分钟时间即可获得高质量、可发表的专业数据。另外,其集成的可视化反馈和预配置设置,使其如专家现场操作一样,简单方便,测量结果高度一致。Dimension Edge最先进的大样品 AFM 功能和技术可为每个用户的多种应用环境提供选择。


原子力显微镜是将一个对微弱力极敏感的微悬臂一端固定,另一端有一微小的针尖,针尖与样品表面轻轻接触,由于针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的作用力(斥力或者范德华力),通过扫描时控制这种力的恒定,带有针尖的微悬臂将对应于针尖与样品表面原子间作用力的等位面而在垂直于样品的表面方向起伏运动。利用光学检测法和隧道电流检测法,可以测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化,从而获得样品的表面形貌信息。

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布鲁克 AFM 探针


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AFM工作原理图


3. 性能参数

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4.  特点

l  模块化显微镜和电子系统,以中等成本提供高图像保真度和研究灵活性。

l  内置访问信号通路,支持自定义测量和扩展功能。

l  集成大样品台控制系统,提供快速的样品测量定位导航和高效的多点位测量。

l  闭环精度

该系统的核心配件是布鲁克著名的闭环扫描器。该扫描器采用温度补偿位置传感器,由模块化设计的低噪声控制电子器件驱动,可将探针扫描的闭环噪声级别降低至单个化学键长度的量级。

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水蚤是小甲壳类动物(体长400 μm至 3 mm),对环境因素具有极强的抵抗力,如高pH值(高达pH 9.5)水环境,然而,这种独特抵抗力背后的原因鲜为人知。因此,研究其甲壳的纳米级特性,以及为什么物体不易粘附到甲壳表面等性质,对工业表面的开发、设计以及对生物学家来说,具有特别的吸引力。


l 大样品平台

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Dimension Edge 样品台不仅由马达控制,可进行编程实现高效多点测量,还允许您直接在 AFM 扫描器下同时放置更多类型的样品,减少样品放置时间。探针-样品交汇处的物理开放性,使您能够更直接地观察样品器件的几何结构,以及器件的电气连接或放置其他定制的实验附件。


l  自动成像优化

Dimension Edge 采样阶段不仅可进行电动和可编程,可进行高效的多点测量,还允许您直接在 AFM 扫描仪下安装更多类型的样品,同时使用更少的制备时间。对探针-样品交汇点的物理开放访问能够更直接地调查具有几何挑战性的器件结构,以及电气连接或其他定制实验附件的附件的附件。

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HOPG 上 C36H74 烷的闭环相位图像。清晰可见的片层结构间距,与 C36H74 链的长度间距(±4.5nm)一致。图像大小 130nm。


5.   应用范围

– 表面形貌、成分分辨

    •具备接触、轻敲等多种模式成形貌像,XY分辨率0.25nm,Z噪声<0.05nm

    •摩擦力图像、定量相位图像


– 表面局域电场力、磁场力和表面电势

    •电场力、磁场力图像

    •表面电势可分辨表面两点电势差绝对值,分辨率10mV


– 载流子浓度、氧化层缺陷、局域导电性

    •扫描电容模块(SCM)可测量dc/dV曲线,表征表面局域载流子浓度、氧化层缺陷等

    •导电原子力(CAFM) 可测量I/V曲线,表征表面局域导电性。偏压范围1mV-12V,电流范围10nA-1uA

    •扫描扩展电阻(SSRM)可测量表面电阻分布,表征局域导电性和载流子浓度等。偏压范围1mV-12V,电流范围10pA-1mA


– 纳米加工

    •可编程控制针尖动作和测量过程,对表面进行纳米操纵、刻蚀等。

 

6. 案例分析

(1) Kerf结构的闭环形貌图,显示双嵌入式结构中的内接触孔。Dimension 扫描器和布鲁克 FIB 探针的配合使用,能对此具有挑战性的几何结构进行成像,且不会损坏探针。

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(2)使用Dark Lift SCM 对 SRAM 样品进行精确的 2D 掺杂分析。图像大小 15μm。

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(3)Dimension Edge 高性能 AFM 能够观察小麦谷物成分中生物聚合物的纳米级结构,从而更好地了解其结构与谷物产品宏观特性的关系。图像大小90μm。

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(4)聚合物刷的智能成像模式(ScanAsyst)扫描图像。图像大小200nm.

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(5)HOPG 上 C36H74 烷的闭环相位图像。清晰可见的片层结构间距,与 C36H74 链的长度间距(±4.5nm)一致。图像大小130nm。

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(6)闭环相位图像。显示了聚(苯乙烯-b-丁二烯-b-苯乙烯)三聚体中的微相分离。图像大小为 2μm。

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(7) 缓冲溶液中DNA的原位智能模式(ScanAsyst)扫描图像。图像大小500nm。

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(8) Dimension Edge 提供一整套纳米机力学性能和电学模式:相位成像、力谱、压电响应力显微镜、导电 AFM 和开尔文探针力显微镜等。结合独特的设计以实现最高空间分辨率及原子分辨率成像。

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(9)Dimension Edge 提供全套电学模式:利用布鲁克的专利 Lift Mode,实现电场梯度成像的EFM,灵敏的功函数测量的 KPFM ,无假象导电图测量的Dark lift CAFM模式等。

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(10)接触模式云母晶格原子像。图像大小1.5nm。

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(11)  图案蓝宝石底板 (PSS) 是 LED 制造商用于提高光输出和整体设备效率的一种技术。PSS 是一种蓝宝石晶圆,其周期图案已刻在其中。图案的形状各不相同,但以圆锥形、半球形、金字塔形或其他类似结构为主。这些结构可用于改变发射光子的角度,减少总内部反射,从而提高效率。Edge-PSS AFM 可提供控制 PSS 制程计量,包括特征高度、宽度和角度测量,同时提供完整的 3D 轮廓。Edge-PSS能满足 PSS 供应商和 LED 制造商缩小结构尺寸、提高产品效率的需求。

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