AFM探針的一些知識(shí)點(diǎn)
發(fā)布日期：2021-11-29 15:25:20
AFM探針的重要組成部分是：針尖、懸臂和基底。原子力顯微鏡檢測(cè)到非常小的范德華力。探針決定了原子力顯微鏡靈敏度的核心，因此對(duì)探針材料有很高的要求。探針材料通常是單晶硅或氮化硅(Si3N4)，其中一些可以具有其他涂層(金或鋁等)。背面涂層有助于改善懸臂反射并提高反射激光束的檢測(cè)效率。其次，涂層可以賦予探針鐵磁性或電性。
除了AFM探針的材料選擇，長(zhǎng)度、寬度、彈性系數(shù)(k)以及刀尖的曲率半徑和形狀也非常重要。一般來說，懸臂的彈性系數(shù)k越大，共振頻率(f0)越高。k越大，探針和樣品之間的力越大，而力通常越小。探頭太硬可能會(huì)損壞樣品，探頭太軟可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)械模量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。探頭越尖，分辨率越高。如果探針不夠細(xì)，它可能無法探測(cè)到樣品的深槽或區(qū)分更詳細(xì)的表面結(jié)構(gòu)。但是針尖過尖會(huì)損傷樣品表面，容易磨損。這時(shí)候建議用鈍的針尖，針尖的形狀也會(huì)對(duì)結(jié)果有一些影響。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，探頭的質(zhì)量直接影響成像結(jié)果，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇不同類型和規(guī)格的探頭。
AFM探針是需要導(dǎo)電的，并且可以在硅探針上沉積高導(dǎo)電的鉑涂層。為了實(shí)現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)傳輸速率，懸臂陣列需要以100mm s-1的高速移動(dòng)。高速摩擦磨損、高載荷和高溫是該技術(shù)的主要障礙。一個(gè)重要的問題是探針尖端在高達(dá)630的溫度下以每秒幾十毫米的相對(duì)高速滑動(dòng)接觸的耐久性。
基于AFM探針的記錄技術(shù)具有優(yōu)勢(shì)。薄膜中鐵電疇的成像利用了鐵電體的基本特性，即它們的壓電行為和表面電荷的存在。當(dāng)顯微鏡以非接觸模式工作時(shí)，靜電力顯微鏡(EFM)可以檢測(cè)與正常偏振分量成比例的靜態(tài)表面電荷。
AFM探針由于應(yīng)用范圍限于原子力顯微鏡，應(yīng)用領(lǐng)域不廣，在國(guó)際上的使用不多，屬于高科技儀器的消耗品。主要生產(chǎn)廠家位于德國(guó)、瑞士、保加利亞、美國(guó)等。由于探測(cè)器壽命短、分辨率低、不穩(wěn)定、一致性差，各國(guó)都在開發(fā)新的探測(cè)器。
導(dǎo)電AFM探針用于EFM、KFM、單片機(jī)等。導(dǎo)電探針的分辨率比分接和接觸探針差，使用時(shí)導(dǎo)電涂層容易脫落，導(dǎo)電性難以長(zhǎng)時(shí)間保持。導(dǎo)電尖端的新產(chǎn)品包括碳納米管尖端、金剛石涂層尖端、全金剛石尖端和全導(dǎo)線尖端。這些新技術(shù)克服了普通導(dǎo)電頭壽命短、分辨率低的缺點(diǎn)。
除了AFM探針的材料選擇，長(zhǎng)度、寬度、彈性系數(shù)(k)以及刀尖的曲率半徑和形狀也非常重要。一般來說，懸臂的彈性系數(shù)k越大，共振頻率(f0)越高。k越大，探針和樣品之間的力越大，而力通常越小。探頭太硬可能會(huì)損壞樣品，探頭太軟可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)械模量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。探頭越尖，分辨率越高。如果探針不夠細(xì)，它可能無法探測(cè)到樣品的深槽或區(qū)分更詳細(xì)的表面結(jié)構(gòu)。但是針尖過尖會(huì)損傷樣品表面，容易磨損。這時(shí)候建議用鈍的針尖，針尖的形狀也會(huì)對(duì)結(jié)果有一些影響。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，探頭的質(zhì)量直接影響成像結(jié)果，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇不同類型和規(guī)格的探頭。
AFM探針是需要導(dǎo)電的，并且可以在硅探針上沉積高導(dǎo)電的鉑涂層。為了實(shí)現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)傳輸速率，懸臂陣列需要以100mm s-1的高速移動(dòng)。高速摩擦磨損、高載荷和高溫是該技術(shù)的主要障礙。一個(gè)重要的問題是探針尖端在高達(dá)630的溫度下以每秒幾十毫米的相對(duì)高速滑動(dòng)接觸的耐久性。
基于AFM探針的記錄技術(shù)具有優(yōu)勢(shì)。薄膜中鐵電疇的成像利用了鐵電體的基本特性，即它們的壓電行為和表面電荷的存在。當(dāng)顯微鏡以非接觸模式工作時(shí)，靜電力顯微鏡(EFM)可以檢測(cè)與正常偏振分量成比例的靜態(tài)表面電荷。
AFM探針由于應(yīng)用范圍限于原子力顯微鏡，應(yīng)用領(lǐng)域不廣，在國(guó)際上的使用不多，屬于高科技儀器的消耗品。主要生產(chǎn)廠家位于德國(guó)、瑞士、保加利亞、美國(guó)等。由于探測(cè)器壽命短、分辨率低、不穩(wěn)定、一致性差，各國(guó)都在開發(fā)新的探測(cè)器。
導(dǎo)電AFM探針用于EFM、KFM、單片機(jī)等。導(dǎo)電探針的分辨率比分接和接觸探針差，使用時(shí)導(dǎo)電涂層容易脫落，導(dǎo)電性難以長(zhǎng)時(shí)間保持。導(dǎo)電尖端的新產(chǎn)品包括碳納米管尖端、金剛石涂層尖端、全金剛石尖端和全導(dǎo)線尖端。這些新技術(shù)克服了普通導(dǎo)電頭壽命短、分辨率低的缺點(diǎn)。