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原子力显微镜的应用及原理

2024/10/30 14:26:25发布41次查看
纳米科学技术是在纳米尺度内,研究物质(包括原子、分子)的特性和相互作用,并且利用这些特性的多学科的高科技。
目前,纳米科学技术的研究领域集中在三个方面。
*,具有特殊性能的纳米材料和结构的研究。
第二,设计和制备纳米结构和器件,以推动工业技术的革新和发展。
第三,纳米加工和纳米测量技术的实践与应用。
对于纳米科学和纳米技术来说,扫描探针显微镜(spm)是一种“起动工具”(引自2001 年5 月美国艺术与科学研究院纳米技术研讨会上的《nanotechnology pioneer》一文,作者哈佛大学george whitesides),并且是当今世界上具有zui高分辨率测量和成像的工具(在垂直方向上,分辨率低于埃级;在水平方向上,分辨率为纳米级)。型的仪器已经可以在纳米级别操纵物体和处理表面,并且可以在分子级别感应化学和生物分子。
国外*大学早在90 年代中期就建立了纳米研究实验室,并引进了具有纳米分辨率的观测设备(如spm 等),在纳米研究方面取得了重要进展。另外,国内许多院所都引进了新型的纳米测试系统。例如:北京大学,清华大学等几十所大学的多个院系,中科院多家研究所等,目前国内已有超过200 套spm。
扫描探针显微镜(spm) 能够在大气及液体环境下准确地观测样品表面纳米尺度的三维形貌;同时可对样品表面物理化学特性进行研究,如表面组分区别、温度、表面电势、磁场力、静电力、摩擦力和其他表面力以及电化学相互作用力的测量;同时可以对样品表面进行纳米尺度的刻蚀和加工。在研发、工艺改进、品质控制和失效分析等方面的应用包括:
• 微电子—半导体设备,数据存储磁头和媒体,应用包括形貌、电属性和力学测量(掺杂,膜
厚,磁畴分布等)
• 先进材料—聚合物,金属,陶瓷,mems/nems,应用包括形貌测量,分子研究,磨损/摩
擦学研究等方面
• 光通讯—激光和其他设备,应用包括形貌和电属性测量(掺杂,膜厚等)
• 生命科学/生物技术—细胞,组织,dna,蛋白质,应用包括形貌测量和单个分子之间相互
作用力的力学测量。
• 制药—药品交货/密封包装,药品发明,结晶性等
• 纳米操纵/刻蚀 —在纳米级别组装结构,操纵原子和分子,进行刻蚀
原子力显微镜/afm的基本原理是: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,由于针尖原子与样品表面原子间存在极微弱的排斥力,通过在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。利用光学检测法或隧道电流检测法,可测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化,从而可以获得样品表面形貌的信息。
veeco 公司是一家纳斯达克上市的美国公司,旗下的di 工厂是规模zui大的专业生产扫描探针显微镜 (spm) 的厂家,成功地制造了世界上*台商用扫描探针显微镜,有超过20 年的spm 生产经验,成熟的工艺保证了veeco spm 产品具有的稳定性和可靠性。拥有zui广泛的顾客群,销售超过8000套,国内销售250 余套,及国内*在70%以上,处于占优势的市场地位;在半导体、磁记录器件和光通讯器件生产厂家的占有率几乎达到,已成为业界标准。
2.产品技术水平
veeco 公司的di spm 在扫描探针显微镜基本工作原理及应用方面拥有100 多项,其中包括已成为业界标准的tapping mode, lift mode 等,具有极其优异的性能,在spm 各个领域中全面,因而多次获得殊荣,其中包括的美国r&d 大奖;veeco 公司和ibm 等5 家公司被《财富》杂志评为纳米产业5 强;许多科学家在使用spm后纷纷在学术上取得了令人瞩目的成果,在《science》、《nature》等*学术刊物上发表的使用扫描探针显微镜的科学文献绝大多数是使用的veeco di spm,使用veeco di spm得到的数据在学术会议上得到普遍认可。
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