扫描探针与近场光学显微技术

扫描探针与近场显微技术
Karl Wang
上海迈培光电技术有限公司

技术背景
? 自从1982年Binning与Robher等人共同发明扫描 穿隧显微镜(scanning tunneling microscope, STM)之后，人类在探讨原子尺度上向前跨出了一 大步，对于材料表面现象的研究也能更加的深入 了解。在此之前，能直接看到原子尺寸的仪器只 有场离子显微镜(Field ion microscopy, FIM)与电 子显微镜(Electron microscope, EM)。
? STM其原理主要是利用电子穿隧的效应来得到原 子影像，材料须具备导电性，应用上有所限制。

技术背景
? 1986年Binning等人利用探针的观念又发展出原子力 显微镜(Atomic force microscope, AFM) ，AFM不但 具有原子尺寸解析的能力，亦解决了STM在导体上的 限制，应用上更为方便。
? 自扫描式穿隧显微镜问世以来，许多类型的探针显微 镜不断被开发出来。如：扫描式穿隧显微镜(STM)， 近场光学显微镜(NSOM)，磁力显微镜(MFM)，化学 力显微镜(CFM)，扫描式热电探针显微镜(SThM)， 相位式探针显微镜(PDM)，静电力显微镜(EFM)，侧 向摩擦力显微镜(LFM)，原子力显微镜(AFM)等。

SPM家族
**其中，AFM、SNOM/NSOM是最为常用的扫描探针显微镜。

近场光学

第十九章光学显微镜、近场光学显微镜与近场光学第三节近场光学 一、超分辨与近场光学概论 （一）细光束的极值 1、海森伯不确定性原理 2、传输光束中光子的空间不确定性极值 （二）突破分辨极限成像的关键 （三）近场光学的定义 二、近场光学显微镜(NOM) （一）NOM的发展历史 1、早期NOM的设想与研究 2、扫描隧道显微镜（STM）的发明促进A-SNOM发展 3、尖散射型扫描近场光学显微镜（S-SNOM ） 4、隧道结光发射扫描近场光学显微镜（TE-SNOM） 5、光子扫描隧道显微镜（PSTM） （1）早期的光子扫描隧道显微镜（PSTM） （2）原子力与光子扫描隧道组合显微镜（AF/PSTM） （二）NOM综述 1、NOM基本类型 （1）基本类型 （2）基本结构 （3）有代表性的研究成果 （4）NOM的适用范围 2、NOM超分辨成像的基本条件 （1）隐失光成像 （2）超分辨尺度的光探测尖 （3）光探测尖与样品表面间距的精确反馈控制

（4）三维超衍射极限精度的扫描机构和高灵敏度记录系统 3、NOM的产业化现状 三、近场光学理论模拟方法 （一）理论基础与方法 1、近场、远场和隐失波、传输波概念的数学表述 2、理论基础与其早期的研究 3、近场光学理论方法 （二）时域有限差分法 1、时域有限差分法特点 2、叶（Y ee）氏网格 3、麦克斯韦（Maxwell）方程的差分形式 4、数值稳定性问题 5、数值色散问题 6、吸收边界条件 （1）莫尔（Mur）二阶吸收边界 （2）PML理想匹配层吸收边界 7、散射场计算方法 （1）总场和散射场方法 （2）分离场公式 8、色散介质中的时域有限差分方程(FD)2TD 9、举例 （1）A-SNOM实验结果 （2）S-SNOM模拟结果 （3）PSTM模拟演示 （三）格林并矢方法 1、李普曼-施温格（Lippmann-Schwinger）积分方程 2、求解李普曼-施温格积分方程 （1）介质样品“OPTICS”字符的PSTM 等高光场分布模拟

扫描电子显微镜在材料研究中的应用

扫描电子显微镜在材料研究中的应用 宋啸 北京石油化工学院高063班 摘要：介绍了扫描电子显微镜的工作原理及特点，阐述了扫描电子显微镜在材料科学领域中的应用。 关键词：扫描电子显微镜材料应用 二十世纪60年代以来，出现了扫描电子显微镜(SEM)技术，这样使人类观察微小物质的能力发生质的飞跃。依靠扫描电子显微镜的高分辨率、良好的景深和简易的操作方法，扫描电子显微镜(SEM)迅速成为一种不可缺少的工具，并且广泛应用于科学研究和工程实践中。1扫描电子显微镜的原理 扫描电镜(Scanning ElectronMicroscope)，简写为SEM，是一个复杂的系统，浓缩了电子光学技术、真空技术、精细机械结构以及现代计算机控制技术。扫描电镜是在加速高压作用下将电子枪发射的电子经过多级电磁透镜汇集成细小的电子束，在试样表面进行扫描，激发出各种信息，通过对这些信息的接收、放大和显示成像，以便对试样表面进行分析。入射电子与试样相互作用产生如图1所示的信息种类。 图1电子束探针照射试样产生的各种信息 这些信息的二维强度分布随试样表面的特征而变(这些特征有表面形貌、成分、晶体取向、电磁特性等)，是将各种探测器收集到的信息按顺序、成比率地转换成视频信号，再传送到同步扫描的显像管并调制其亮度，就可以得到一个反应试样表面状况的扫描图。如果将探测器接收到的信号进行数字化处理即转变成数字信号，就可以由计算机做进一步的处理和存储。扫描电镜主要是针对具有高低差较大、粗糙不平的厚块试样进行观察，因而在设计上突出了景深效果，一般用来分析断口以及未经人工处理的自然表面。 扫描电子显微镜中的各种信号及其功能如表1所示。 表1扫描电镜中主要信号及其功能 收集信号类别功能 二次电子形貌观察 背散射电子成分分析 特征X射线成分分析 俄歇电子成分分析

光学显微镜与扫描电镜的区别(2)

光学显微镜与扫描电镜的区别（二） cyh(2010-07-13 11:59:00) 光源不同： 光学显微镜采用可见光作为光源，电子显微镜采用电子束作为光源。 成像原理不同： 光学显微镜利用几何光学成像原理进行成像，电子显微镜利用高能量电子束轰击样品表面，激发出样品表面的各种物理信号，再利用不同的信号探测器接受物理信号转换成图像信息。 分辨率不同： 光学显微镜因为光的干涉与衍射作用，分辨率只能局限于0.2-0.5um之间。电子显微镜因为采用电子束作为光源，其分辨率可达到1-3nm之间，因此光学显微镜的组织观察属于微米级分析，电子显微镜的组织观测属于纳米级分析。 景深不同： 一般光学显微镜的景深在2-3um之间，因此对样品的表面光滑程度具有极高的要求，所以制样过程相对比较复杂。扫描电镜的景深则可高达几个毫米，因此对样品表面的光滑程度几何没有任何要求，样品制备比较简单，有些样品几乎无需制样。体式显微镜虽然也具有比较大的景深，但其分辨率却非常的低。 应用领域： 光学显微镜主要用于光滑表面的微米级组织观察与测量，因为采用可见光作为光源因此不仅能观察样品表层组织而且在表层以下的一定范围内的组织同样也可被观察到，并且光学显微镜对于色彩的识别非常敏感和准确。电子显微镜主要用于纳米级的样品表面形貌观测，因为扫描电镜是依靠物理信号的强度来区分组织信息的，因此扫描电镜的图像都是黑白的，对于彩色图像的识别扫描电镜显得无能为力。扫描电镜不仅可以观察样品表面的组织形貌，通过使用EDS、WDS、EBSD等不同的附件设备，扫描电镜还可进一步扩展使用功能。通过使用EDS、WDS辅助设备，扫描电镜可以对微区化学成分进行分析，这一点在失效分析研究领域尤为重要。使用EBSD，扫描电镜可以对材料的晶格取向进行研究。 断口分析 研究金属断裂面的学科，是断裂学科的组成部分。金属破断后获得的一对相互匹配的断裂表面及其外观形貌，称断口。断口总是发生在金属组织中最薄弱的地方，记录着有关断裂全过程的许多珍贵资料，所以在研究断裂时，对断口的观察和研究一直受到重视。通过断口的形态分析去研究一些断裂的基本问题：如断裂起因、断裂性质、断裂方式、断裂机制、断裂韧性、断裂过程的应力状态以及裂纹扩展速率等。如果要求深入地研究材料的冶金因素和环境因素对断裂过程的影响，通常还要进行断口表面的微区成分分析、主体分析、结晶学分析和断口的应力与应变分析等。随着断裂学科的发展，断口分析同断裂力学等所研究的问题更加密切相关，互相渗透，互相配合；断口分析的实验技术和分析问题的深度将会取得新的发展。断口分析现已成为对金属构件进行失效分析的重要手段。 断口的宏观和微观观察断口分析的实验基础是对断口表面的宏观形貌和微观结构特征进行直接观察和

扫描探针显微镜(scanning

扫描探针显微镜（scanning probe microscope,SPM） 一、 设备简介： 该仪器集成原子力显微镜(AFM)、摩擦力显微镜(LFM)、扫描隧道显微镜(STM)、磁力显微镜(MFM)和静电力显微镜(EFM) 于一体，具有接触、轻敲、相移成像、抬起等多种工作模式，能够提供全部的原子力显微镜 (AFM) 和扫描隧道 (STM) 显微镜成像技术，可以测量样品的表面特性，如形貌、粘弹性、摩擦力、吸附力和磁/电场分布等等。 ●分辨率 原子力显微镜(AFM)：横向 0.26nm, 垂直 1nm（以云母晶体标定） 扫描隧道显微镜(STM)：横向 0.13nm, 垂直 0.1nm（以石墨晶体标定）●机械性能 样品尺寸：最大可达直径12mm，厚度8mm 扫描范围：125X125μm，垂向1μm ●型号： Veeco NanoScope MultiMode扫描探针显微镜 本次培训着重介绍该设备常用模式：Contact Mode AFM 二、AFM独特的优点归纳如下: (l)具有原子级的超高分辨率。理论横向分辨率可达0.1nm，而纵向分辨率更高达0.01nm。，从而可获得物质表面的原子晶格图像。 (2)可实时获得样品表面的实空间三维图像。既适用于具有周期性结

构的表面，又适用于非周期性表面结构的检测。 (3)可以观察到单个原子层的局部表面性质。直接检测表面缺陷、表面重构、表面吸附形态和位置。 (4)可在真空、大气、常温、常压等条件下工作，甚至可将样品浸在液体中，不需要特殊的样品制备技术。 三、AFM的基本原理: AFM基于微探针与样品之间的原子力作用机制。以带有金字塔形微探针的“V”字形微悬臂(Cantilever)代替STM的针尖，当微探针在z向逼近样品表面时，探针针尖的原子与样品原子之间将产生一定的作用力，即原子力，原子力的大小约在10-8~10-12N之间。与隧道电流类似，原子力的大小与探针一样品间距成一定的对应关系，这种关系可以由原子力曲线来表征一般而言，当探针充分逼近样品进入原子力状态时，如两者间距相对较远，总体表现为吸引力;当两者相当接近时，则总体表现为排斥力。原子力变化的梯度约为10-13N/nm。原子力虽然很微弱，但是足以推动极为灵敏的微悬臂并使之偏转一定的角度。因此，微悬臂的偏转量与探针一样品间距成对应关系，在对样品进行XY扫描时，检测这一偏转量，即可获得样品表面的微观形貌。

光学显微镜、SEM、TEM的比较

光学显微镜、TEM、SEM成像原理比较 （一）、透射电子显微镜 1、基本原理 在光学显微镜下无法看清小于0.2μm的细微结构，这些结构称为亚显微结构（submicroscopic structures）或超微结构（ultramicroscopic structures；ultrastructures）。要想看清这些结构，就必须选择波长更短的光源，以提高显微镜的分辨率。1932年Ruska发明了以电子束为光源的透射电子显微镜（transmission electron microscope，TEM），电子束的波长要比可见光和紫外光短得多，并且电子束的波长与发射电子束的电压平方根成反比，也就是说电压越高波长越短。 目前TEM的分辨力可达0.2nm。电子显微镜（图2-12）与光学显微镜的成像原理基本一样，所不同的是前者用电子束作光源，用电磁场作透镜。另外，由于电子束的穿透力很弱，因此用于电镜的标本须制成厚度约50nm左右的超薄切片。这种切片需要用超薄切片机（ultramicrotome）制作。电子显微镜的放大倍数最高可达近百万倍、由电子照明系统、电磁透镜成像系统、真空系统、记录系统、电源系统等5部分构成。 表2-2不同光源的波长 名称可见光紫外光X射线α射线电子束 0.1Kv10Kv 波长（nm）390~76013~3900.05~130.005~10.1230.0122 扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）于20世纪60年代问世，用来观察标本的表面结构。其工作原理是用一束极细的电子束扫描样品，在样品表面激发出次级电子，次级电子的多少与电子束入射角有关，也就是说与样品的表面结构有关，次级电子由探测体收集，并在那里被闪烁器转变为光信号，再经光电倍增管和放大器转变为电信号来控制荧光屏上电子束的强度，显示出与电子束同步的扫描图像。图像为立体形象，反映了标本的表面结构。为了使标本表面发射出次级电子，标本在固定、脱水后，要喷涂上一层重金属微粒，重金属在电子束的轰击下发出次级电子信号。 目前扫描电镜(SEM)的分辨力为6~10nm，人眼能够区别荧光屏上两个相距0.2mm的光点，则扫描电镜的最大有效放大倍率为0.2mm/10nm=20000X。 电子显微镜技术 目前，电子显微镜技术(electron microscopy)已成为研究机体微细结构的重要手段。常用的有透射电镜(transmission electron microscope，TEM)和扫描电子显微镜 (scanning electron microscope,SEM)。与光镜相比电镜用电子束代替了可见光，用电磁透镜代替了光

扫描电子显微镜入门

扫描电子显微镜入门 1. 光学显微镜以可见光为介质，电子显微镜以电子束为介质，由于电子束波长远较可见光小，故电子显微镜分辨率远比光学显微镜高。光学显微镜放大倍率最高只有约 1500倍，扫描式显微镜可放大到10000倍以上。 2. 根据de Broglie波动理论，电子的波长仅与加速电压有关： λe＝h / mv＝ h / (2qmV)1/2＝12.2 / (V)1/2 (?) 在 10 KV 的加速电压之下，电子的波长仅为0.12?，远低于可见光的4000 - 7000?，所以电子显微镜分辨率自然比光学显微镜优越许多，但是扫描式电子显微镜的电子束直径大多在50-100?之间，电子与原子核的弹性散射 (Elastic Scattering) 与非弹性散射 (Inelastic Scattering) 的反应体积又会比原有的电子束直径增大，因此一般穿透式电子显微镜的分辨率比扫描式电子显微镜高。 3. 扫描式显微镜有一重要特色是具有超大的景深(depth of field)，约为光学显微镜的300倍，使得扫描式显微镜比光学显微镜更适合观察表面起伏程度较大的样品。 4. 扫描式电子显微镜，其系统设计由上而下，由电子枪发射电子束，经过一组磁透镜聚焦 (聚焦后，用遮蔽孔径选择电子束的尺寸后，通过一组控制电子束的扫描线圈，再透过物镜聚焦，打在样品上，在样品的上侧装有讯号接收器，用以择取二次电子或背向散射电子成像。 5. 电子枪的必要特性是亮度要高、电子能量散布要小，目前常用的种类计有三种，钨(W)灯丝、六硼化镧(LaB6)灯丝、场发射 (Field Emission)，不同的灯丝在电子源大小、电流量、电流稳定度及电子源寿命等均有差异。 6. 热游离方式电子枪有钨(W)灯丝及六硼化镧(LaB6)灯丝两种，它是利用高温使电子具有足够的能量去克服电子枪材料的功函数(work function)能障而逃离。对发射电流密度有重大影响的变量是温度和功函数，但因操作电子枪时均希望能以最低的温度来操作，以减少材料的挥发，所以在操作温度不提高的状况下，就需采用低功函数的材料来提高发射电流密度。 7. 价钱最便宜使用最普遍的是钨灯丝，以热游离 (Thermionization) 式来发射电子,电子能量散布为 2 eV，钨的功函数约为4.5eV，钨灯丝系一直径约100μm，弯曲成V形的细线，操作温度约2700K，电流密度为1.75A/cm2，在使用中灯丝的直径随着钨丝的蒸发变小，使用寿命约为40~80小时。 8. 六硼化镧(LaB6)灯丝的功函数为2.4eV，较钨丝为低，因此同样的电流密度，使用LaB6只要在1500K 即可达到，而且亮度更高，因此使用寿命便比钨丝高出许多，电子能量散布为 1 eV，比钨丝要好。但因LaB6在加热时活性很强，所以必须在较好的真空环境下操作，因此仪器的购置费用较高。 9. 场发射式电子枪则比钨灯丝和六硼化镧灯丝的亮度又分别高出 10 - 100 倍，同时电子能量散布仅为 0.2 - 0.3 eV，所以目前市售的高分辨率扫描式电子显微镜都采用场发射式电子枪，其分辨率可高达 1nm 以下。 10. 场发射电子枪可细分成三种:冷场发射式,热场发射式,及萧基发射式 11. 当在真空中的金属表面受到108V/cm大小的电子加速电场时，会有可观数量的电子发射出来，此过程叫做场发射，其原理是高电场使电子的电位障碍产生Schottky效应，亦即使能障宽度变窄，高度变低，因此电子可直接"穿隧"通过此狭窄能障并离开阴极。场发射电子系从很尖锐的阴极尖端所发射出来，因此可得极细而又具高电流密度的电子束，其亮度可达热游离电子枪的数百倍，或甚至千倍。

光学显微镜的发展历史

杨拓拓 (苏州大学现代光学技术研究所，江苏苏州215000) 1基本原理 显微镜成像原理及视角放大率 显微镜由物镜和目镜组成。物体AB 在物镜前焦面稍前处，经物镜成放大、倒立的实像A'B'，它位于目镜前焦面或稍后处，经目镜成放大的虚像，该像位于无穷远或明视距离处。 图1-1显微镜系统光路图 牛顿放大率公式： f f x x ''= 'x 是像点到像方焦点的距离，x 是物点到物方焦点的距离。 根据牛顿放大率公式可得物镜的垂轴放大率为 '1'1'11--f f x ?== β 目镜的视觉放大率为： '22250 f =Γ 组合系统的放大率为 '2'121250f f ? -=Γ=Γβ 显微镜系统的像方焦距 ?-=/'2'1'f f f '250 f = Γ 显微镜系统成倒像轴向放大率 ' 1 f

'2'1'2'1/f f x x =β 若物点A 沿光轴移动很小的距离，则通过显微镜系统的像点'2A 将移动很大的距离，且移动 方向相同。 显微系统的角放大率 '2'1'2'1/x x f f =γ 即入射于物镜为大孔径光束，而由目镜射出为小孔径光束。 显微镜的孔径光阑 单组低倍显微物镜，镜框是孔径光阑。 复杂物镜一般以最后一组透镜的镜框作为孔径光阑。 对于测量显微镜，孔阑在物镜的象方焦面上，构成物方远心光路。 显微镜的视场光阑和视场 在显微物镜的象平面上设置了视场光阑来限制视场。由于显微物镜的视场很小，而且要求象面上有均匀的照度，故不设渐晕光阑。 显微镜是小视场大孔径成像，为获得大孔径并保证轴上点成像质量，显微镜线视场不超过物镜的1/20,线视场要求： 1 '120202β?=≤f y 显微镜的分辨率和有效放大率 光学仪器分辨率 瑞利判据：两个相邻的“点”光源所成的像是两个衍射斑，若两个等光强的非相干点像之间的间隔等于艾里圆的半径，即一个像斑的中心恰好落在另一个像斑的第一暗环处，则这两个点就是可分辨的点。当物面在无穷远时，以两点对光学系统的张角可表示两分辨点的距离，其值为：

激光扫描共聚焦显微镜的原理和应用-17954讲解

激光扫描共聚焦显微镜的原理和应用 Tina(2007-10-23 09:40:17 一、激光扫描共聚焦显微镜的原理 传统的光学显微镜使用的是场光源，标本上每一点的图像都会受到邻近点的衍射或散射光的干扰；激光扫描共焦显微镜(Laser Scanning Confocal Microscope，LSCM采用点光源照射样本，在焦平面上形成一个轮廓分明的小的光点，该点被照射后发出的荧光被物镜搜集，并沿原照射光路回送到由双色镜构成的分光器。分光器将荧光直接送到探测器。光源和探测器前方都各有一个针孔，分别称为照明针孔和探测针孔。照明针孔与探测针孔相对于物镜焦平面是共轭的，焦平面上的点同时聚焦于照明针孔和发射针孔，焦平面以外的点被挡在探测针孔之外不能成像，这样得到的共聚焦图像是标本的光学切面，避免了非焦平面上杂散光线的干扰，克服了普通显微镜图像模糊的缺点，因此能得到整个焦平面上清晰的共聚焦图像。 原理图

二、激光扫描共聚焦显微镜组成特点 LSCM由显微镜光学系统，激光光源，扫描装置和检测系统构成，整套仪器由计算机控制，各部件之间的操作切换都可在计算机操作平台界面中方便灵活地进行。显微镜是LSCM的主要组件，它关系到系统的成像质量。通常有倒置和正置两种形式，前者在切片、活细胞检测等生物医学应用中使用更广泛。 三、激光扫描共聚焦显微镜的应用 一）细胞的三维重建

普通荧光显微镜分辨率低，显示的图像结构为多层面的图像叠加，结构不够清晰。LSCM 能以0.1μm的步距沿轴向对细胞进行分层扫描，得到一组光学切片，经A/D转换后作为二维数组贮存。这些数组通过计算机进行不同的三维重建算法，可作单色或双色图像处理，组合成细胞真实的三维结构。旋转不同角度可观察各侧面的表面形态，也可从不同的断面观察细胞内部结构，测量细胞的长宽高、体积和断层面积等形态学参数。通过模拟荧光处理算法，可以产生在不同照明角度形成的阴影效果，突出立体感。通过角度旋转和细胞位置变化可产生三维动画效果。LSCM 的三维重建广泛用于各类细胞骨架和形态学分析、染色体分析、细胞程序化死亡的观察、细胞内细胞质和细胞器的结构变化的分析和探测等方面。 二）静态结构检测：原位鉴定细胞或组织内生物大分子、观察细胞及亚细胞形态结构 1.细胞原位检测核酸 用于细胞核定位及其形态学观察、检测细胞内DNA的复制及断裂情况以及染色体定位观察。 2.原位检测蛋白质、抗体及其他分子 原位检测蛋白质、抗体及其他分子 免疫荧光标记技术 检测荧光蛋白 3.检测细胞凋亡

浅析光学显微镜机械结构设计

浅析光学显微镜机械结构设计 摘要：光学显微镜（Optical Microscope，简写OM）是利用光学原理，把人眼所 不能分辨的微小物体放大成像，以供人们提取微细结构信息的光学仪器。光学显 微镜的使用范围非常的广泛，发展至今，也衍生出了非常多的类型，本文结合光 学显微镜的结构组成，从人体工程视角探索光学显微镜的机械结构设计，从使用 的安全性、科学性、可靠性的角度分析了光学显微镜的机械结构设计的规范和标准。 关键词：光学显微镜；机械结构；人体工程学 光学显微镜的结构主要有光学结构和机械结构组成，机械结构的部分不仅能 对光学结构有很好的固定作用，还起着关键性的调节作用，机械结构能够发挥光 学系统的最大功效，辅助光学系统完成相关的显微镜观察工作。光学显微镜的机 械结构的部分主要在载物台、物镜转换器以及调焦装置等，这些机械结构的设计 不仅要遵循基本的机械结构设计原则，还要保证在光学显微镜中的具体的光学操作，除此之外，设计的原则还要迎合人体操作的需求，使得光学显微镜的机械结 构更加的吻合人体工程学的设计要求，使得光学显微镜使用更加的舒适方便。 一、光学显微镜的基本构造 对于光学显微镜的机械设计，我们首先要了解光学显微镜的构造组成部分， 而且还要知道这些零部件的作用，只有熟知了这些零部件的作用和使用规范，我 们才能更加合理的设计光学显微镜的机械结构部分，光学显微镜一般是由载物台、聚光照明系统、物镜，目镜和调焦机构组成。载物台的作用是放置被观察的物体，使用调焦旋钮来驱动调焦机构能完成对载物台的调节工作。聚光灯照明系统由聚 光灯和光源组成，聚光灯的作用能够让光更多的聚集到被观察的部位。物镜距离 载物台比较近，是第一级的放大装置。目镜则是于人眼靠近的第二级放大镜头。 这三部分是光学显微镜的重要组成部分，构成了光学显微镜的主要工作原理。 那么机械装置有哪些呢？一般光学显微镜的机械装置有镜座、镜臂、载物台、镜筒、物镜转换器、与调焦装置。这些机械装置的主要作用是固定和调节光学镜头，调节标本的位置等。其中镜座是支撑整个显微镜的装置，而镜臂则用来支撑 精通和载物台。 二、基于人体工程学的光学显微镜的机械结构设计 人体工程学的设计原理主要是考虑到人体结构和机械结构尺寸，并且综合考 虑到人们劳动、工作效果、工作效能等方面，利用系统工程、控制理论、统计学 的原理设计出一系列的设计方法。具体到光学显微镜的机械结构设计中，我们就 要考虑到人们的身体尺寸和应用习惯，首先我们从有关部分获得了我国成年人的 人体部分尺寸的表格（表-1），以此为根据设计光学显微镜结构部分。 1、载物台的设计 从上面的介绍中我们知道，载物台的作用是用来放置被观察物体的，并且式 样能够在载物台上自由的移动，以获取最佳的观察效果。一般的移动范围是 30mm*70mm和50mm*70mm，主要的设计标准就是，载物台距离工作底面的距 离于载物台和人体的水平距离，分别设为B1和B2，考虑到人在调节使用载物台 的过程中的行为习惯，得出计算式。 其中y1和y2分别衣着修正指数和身体活动余量修正。同理得出B2的表达式。经过计算得出： B1=307～357mm

扫描探针显微镜(SPM)原理简介及操作(修正版)

扫描探针显微镜（SPM）原理简介 庞文辉 2012.2.22 一、SPM定义 扫描探针显微镜（Scanning Probe Microscope，SPM）是扫描隧道显微镜及在扫描隧道显微镜的基础上发展起来的各种新型探针显微镜（原子力显微镜AFM,激光力显微镜LFM，磁力显微镜MFM等等）的统称，包括多种成像模式，他们的共同特点是探针在样品表面扫描，同时针尖与样品间的相互作用力被记录。 SPM的两种基本形式： 1、扫描隧道显微镜（Scanning Probe Microscope,STM） 2、原子力显微镜（Atomic Force Microscope,AFM） AFM有两种主要模式： ●接触模式（contact mode） ●轻敲模式（tapping mode） SPM的其他形式： ●侧向摩擦力显微术（Lateral Force Microscopy） ●磁场力显微镜（Magnetic Force Microscope） ●静电力显微镜（Electric Force Microscope） ●表面电势显微镜（Surface Potential Microscope） ●导电原子力显微镜（Conductive Atomic Force Microscope） ●自动成像模式（ScanAsyst） ●相位成像模式（Phase Imaging） ●扭转共振模式（Torisonal Resonance Mode） ●压电响应模式（Piezo Respnance Mode） ●…… 二、STM原理及应用

基于量子力学中的隧穿效应，用一个半径很小的针尖探测被测样品表面，以金属针尖为一电极，被测固体表面为另一电极，当他们之间的距离小到1nm左右时，形成隧道结，电子可从一个电极通过量子隧穿效应穿过势垒到底另一个电极，形成隧穿电流。在极间加很小偏压，即有净隧穿电流出现。隧穿电流与两极的距离成指数关系，反馈原理是采用横流模式，当两极间距不同（电流不同），系统会调整Z轴的位置从而成高度像。 应用范围：导电样品 ●形貌像 ●扫描隧道谱（STS） 三、AFM原理及应用 AFM的反馈原理：探针在样品表面扫描，针尖顶部原子的电子云压迫样品表面原子的电子云时，会产生微弱的排斥力，如：范德华力、静电力等，力随样品表面形貌的变化而变化。同时针尖与样品表面的相互作用力被记录，通过激光光束探测针尖的位移，从而得到样品的形貌。 ●接触模式（contact mode） 反馈原理：针尖与样品距离比较近，靠悬臂梁的偏折量反馈，扫描过程中要 保持恒定的偏折量，当样品表面的高低变化时，悬臂的偏折量也会随之变 化，要保证恒定的偏折量，就要改变Z轴的位置从而成高度像。 ●轻敲模式（tapping mode） 反馈原理：扫描过程中悬臂以一定的频率和振幅在振动，轻敲模式靠振幅反 馈，扫描过程要保持恒定的振幅，当样品表面高低变化时，悬臂的振幅也会 随之变化，要保证恒定的振幅，就要改变Z轴的位置从而成高度像。 两者的优势和劣势： ●接触模式扫描速率快，适合做一些相对比较粗糙的样品，且对样品表面和针 尖的损伤都较大，成像质量不如轻敲模式。 ●轻敲模式的扫描速率相对较慢，适合测试比较平整的样品，对样品盒针尖的 损伤较小，图像质量好。

扫描探针与近场光学显微技术

扫描探针与近场显微技术
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技术背景
? 自从1982年Binning与Robher等人共同发明扫描 穿隧显微镜(scanning tunneling microscope, STM)之后，人类在探讨原子尺度上向前跨出了一 大步，对于材料表面现象的研究也能更加的深入 了解。在此之前，能直接看到原子尺寸的仪器只 有场离子显微镜(Field ion microscopy, FIM)与电 子显微镜(Electron microscope, EM)。 ? STM其原理主要是利用电子穿隧的效应来得到原 子影像，材料须具备导电性，应用上有所限制。

技术背景
? 1986年Binning等人利用探针的观念又发展出原子力 显微镜(Atomic force microscope, AFM) ，AFM不但 具有原子尺寸解析的能力，亦解决了STM在导体上的 限制，应用上更为方便。 ? 自扫描式穿隧显微镜问世以来，许多类型的探针显微 镜不断被开发出来。如：扫描式穿隧显微镜(STM)， 近场光学显微镜(NSOM)，磁力显微镜(MFM)，化学 力显微镜(CFM)，扫描式热电探针显微镜(SThM)， 相位式探针显微镜(PDM)，静电力显微镜(EFM)，侧 向摩擦力显微镜(LFM)，原子力显微镜(AFM)等。

SPM家族
**其中，AFM、SNOM/NSOM是最为常用的扫描探针显微镜。

原子力显微镜（AFM）
? AFM是以针尖与样品之间的属于原子级力场作用 力作为探测手段获取表面形貌的显微工具。 ? AFM可适用于各种的物品，如金属材料、高分子 聚合物、生物细胞等，并可以操作在大气、真空、 电性及液相等环境，进行不同物性分析，所以它 可以用于获得包括绝缘体在内的各种材料表面上 原子级的分辨率，其应用范围无疑比其它显微分 析技术更加广阔。

扫描电子显微镜基本原理和应用

扫描电子显微镜的基本原理和结构 下图为扫描电子显微镜的原理结构示意图。由三极电子枪发出的电子束经栅极静电聚焦后成为直径为50mm的电光源。在2-30KV的加速电压下，经过2-3个电磁透镜所组成的电子光学系统，电子束会聚成孔径角较小，束斑为5-10m m的电子束，并在试样表面聚焦。末级透镜上边装有扫描线圈，在它的作用下，电子束在试样表面扫描。高能电子束与样品物质相互作用产生二次电子，背反射电子，X射线等信号。这些信号分别被不同的接收器接收，经放大后用来调制荧光屏的亮度。由于经过扫描线圈上的电流与显象管相应偏转线圈上的电流同步，因此，试样表面任意点发射的信号与显象管荧光屏上相应的亮点一一对应。也就是说，电子束打到试样上一点时，在荧光屏上就有一亮点与之对应，其亮度与激发后的电子能量成正比。换言之，扫描电镜是采用逐点成像的图像分解法进行的。光点成像的顺序是从左上方开始到右下方，直到最後一行右下方的像元扫描完毕就算完成一帧图像。这种扫描方式叫做光栅扫描。 扫描电镜由电子光学系统，信号收集及显示系统，真空系统及电源系统组成。 1 电子光学系统 电子光学系统由电子枪，电磁透镜，扫描线圈和样品室等部件组成。其作用是用来获得扫描电子束，作为产生物理信号的激发源。为了获得较高的信号强度和图像分辨率，扫描电子束应具有较高的亮度和尽可能小的束斑直径。 <1>电子枪： 其作用是利用阴极与阳极灯丝间的高压产生高能量的电子束。目前大多数扫描电镜采用热阴极电子枪。其优点是灯丝价格较便宜，对真空度要求不高，缺点是钨丝热电子发射效率低，发射源直径较大，即使经过二级或三级聚光镜，在样品表面上的电子束斑直径也在5-7nm，因此仪器分辨率受到限制。现在，高等级扫描电镜采用六硼化镧（LaB6）或场发射电子枪，使二次电子像的分辨率达到2nm。但这种电子枪要求很高的真空度。 扫描电子显微镜的原理和结构示意图

近场扫描光学显微术

近场扫描光学显微术 由于衍射极限，光学显微术的基本原理使得其成像的空间分辨率为所使用光的波长及所使用光学系统的物镜和聚光镜的数值孔径所限制。近场扫描光学显微术（NSOM）——也经常称之为扫描近场显微术（SNOM）是基于这样一种需求而开发的。其成像具有由光学显微术成像中的各种衬度结构，而空间分辨率高于典型的光学衍射极限。 近场扫描光学显微术被归类一个大类的仪器中，这类仪器被称之为扫描探针显微镜（SPMs）。所有的SPMs实质上均根据IBM的研究人员Gerd Binning和Heirich Rohrer于1980年前所发明的扫描遂道显微镜（STM）发展起来的。普通光学成像方法的理论极限（对可见光为200-300纳米）是刺激现代高分辨率扫描探针显微术发展的主要因素，例如STM和原子力显微术（AFM），较早期的透射式电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）。这类技术和其后开发的技术使分辨率得以很大的提高，甚至可分辨单个原子。虽然，在近场扫描光学方法发明之前，超高的分辨能力可利用光学显微术中的各种各样的衬度放大装置来实施。对大多数高分辨技术来说，标本的制备方式限制了它在很多场合下的应用，特别是生物学研究中的动态检测及器皿中试样的检测。近场扫描光学显微术综合了AFM技术中极高的地形地貌状分辨率特性，很多类型光学显微术中有效的现行分辨率、偏光特性，光谱特性，灵敏度及灵活性等。 物体与光的作用，例如显微标本，其结果会产生近场和远场两种方式。远场光是透过一个非限制方式的空间进行传播的，作为一种“普通”光在一般的显微术中应用。而近场（趋于零）光则是由一个非传播场构成。这个非传播场存在于标本的表面附近，其距离小于光波的波长。在近场内的光在标本表面几十纳米的范围内携带了更高频率的信息并具有最大的幅度。因为近场光在一个光波长的距离内是安指数衰减的，通常是趋于不易探测。事实上，当光由标本表面传播致到远场区间，高频率空间信息已被过滤掉了，在这种情况下即“衍射光的阿贝极限”产生作用了。在产生衍射前探测利用近场光，NSOM全部利用了远场光学中使用较高空间分辨率中应用到的衬度放大机理。除了无衍射极限、高分辨率的光学

扫描探针显微技术

扫描探针显微镜（Scanning Probe Microscope，SPM）是扫描隧道显微镜及在扫描隧道显微镜的基础上发展起来的各种新型探针显微镜（原子力显微镜AFM,激光力显微镜LFM，磁力显微镜MFM等等）的统称，是国际上近年发展起来的表面分析仪器，是综合运用光电子技术、激光技术、微弱信号检测技术、精密机械设计和加工、自动控制技术、数字信号处理技术、应用光学技术、计算机高速采集和控制及高分辨图形处理技术等现代科技成果的光、机、电一体化的高科技产品。 扫描探针显微镜是指一类通过微小探针在样品表面扫描，将探针与样品表面间的相互作用转换为表面形貌和特性图像的显微镜。它提供了表面的三维高空间分辨的图像。 扫描探针显微镜(SPM)主要包括扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)两种功能。完整的扫描探针显微镜由控制系统和显微镜系统组成。 扫描隧道显微镜的工作原理是利用电子隧道现象，将样品本身作为一具电极，另一个电极是一根非常尖锐的探针。把探针移近样品，并在两者之间加上电压，当探针和样品表面相距只有数十埃时，由于隧道效应在探针与样品表面之间就会产生隧穿电流，并保持不变。若表面有微小起伏，那怕只有原子大小的起伏，也将使穿电流发生成千上万倍的变化。这些信息输入电子计算机，经过处理即可在荧光屏上显示出一幅物体的三维图像。扫描隧道显微镜一般用于导体和半导体表面的测定。 原子力显微镜主要包括接触模式、非接触模式和轻敲模式。一个对力非常敏感的微悬臂，其尖端有一个微小的探针，当探针轻微地接触、接近或轻敲样品表面时，由于探针尖端的原子与样品表面的原子之间产生极其微弱的相互作用力而使微悬臂弯曲，将微悬臂弯曲的形变信号转换成光电信号并进行放大，就可以得到原子之间力的微弱变化的信号。这些信息输入电子计算机，经过处理即可在荧光屏上显示出一幅物体的三维图像。 SPM作为新型的显微工具与以往的各种显微镜和分析仪器相比有着其明显的优势：首先，SPM具有极高的分辨率。它可以轻易的“看到”原子，这是一般显微镜甚至电子显微镜所难以达到的。 其次，SPM得到的是实时的、真实的样品表面的高分辨率图像。而不同于某些分析仪器是通过间接的或计算的方法来推算样品的表面结构。也就是说，SPM是真正看到了原子。 再次，SPM的使用环境宽松。电子显微镜等仪器对工作环境要求比较苛刻，样品必须安放在高真空条件下才能进行测试。而SPM既可以在真空中工作，又可以在大气中、低温、常温、高温，甚至在溶液中使用。因此SPM适用于各种工作环境下的科学实验。 SPM的应用领域是宽广的。无论是物理、化学、生物、医学等基础学科，还是材料、微电子等应用学科都有它的用武之地。 SPM的价格相对于电子显微镜等大型仪器来讲是较低的。 同其它表面分析技术相比，SPM 有着诸多优势，不仅可以得到高分辨率的表面成像，与其他类型的显微镜相比（光学显微镜，电子显微镜）相比，SPM扫描成像的一个巨大的优点是可以成三维的样品表面图像，还可对材料的各种不同性质进行研究。同时，SPM 正在向着更高的目标发展，即它不仅作为一种测量分析工具，而且还要成为一种加工工具，也将使人们有能力在极小的尺度上对物质进行改性、重组、再造．SPM 对人们认识世界和改造世界的能力将起着极大的促进作用。同时受制其定量化分析的不足，因此SPM 的计量化也是人们正在致力于研究的另一重要方向，这对于半导体工业和超精密加工技术来说有着非同一般的意义

扫描隧道显微镜简介

180 lines/mm 光栅 针尖距离：100nm 电压：几个KV 分辨率：400nm 电路示意图原理图 Binnig and Rohrer, Review of Modern Physics 71, S324 (1999)

Binnig and Rohrer, Review of Modern Physics 71, S324 (1999)Au Ni 2007年3月12号

50th Anniversary of Atomic Resolution Microscopy (on June 15-17, 2005 at PSU) In front of Osmond Building for Penn State’s 150th Anniversary in 2005 毫开温度(400mK)强磁场(11Te) STM 温度580mK磁场3Te时的噪声谱 30fA

GaAs(001) Ga-rich 4x6 [110] [110] Xue et al., PRL 75, 3177 (1995) 2.4nm Ga 原子2.35? Local Probes: family 家族 Binnig & Rohrer, Rev. Modern Phys. 71, S324 (1999) Scanning Near-field Optical Microscopy (近场光学显微镜Optics: ?wavelength Photo Scanning Tunneling Microscopy Microscopy The height of cantilever is adjusted to keep the frequency shift

扫描探针显微镜的应用

扫描探针显微镜的应用 根据扫描探针显微镜的种类及特性,可以了解到它的应用范围十分广泛。可以研究材料表而的硬度、摩擦力、粘滞力、弹性等力学性能;研究原子与分子形貌,材料表面的形貌、粗糙度以及各种缺陷;可以测量材料的电、磁特性以及热传导性特性;可应用在生命科学方面,还可以进行纳米测量、纳米刻蚀与加工。1：在有机薄膜材料方面的应用 扫描随道显微镜与原子力显微镜都可以对样品的形貌进行表征,可以观察到有机薄膜分子的排列情况,但是扫描隧道显微镜需要样品制备在导电越底匕而有机薄膜自身并不导电,当薄膜比较厚时,会阻碍系统对隧道电流的探测。对于原子力显微镜则不存在这一限制,有机薄膜可以制备在比较平的云母或硅片上,而且同样可以获得较高分辨率的图像,图1中所示的是在银基底上制备的苝四甲酸二酐单分子膜的原子力形貌图,扫描时工作在非接触区域,采用的是调频模式,图像分辨率达到了分子级别。从分子尺寸的AFM形貌图上我们可以很清楚的观测到分子间距,依此判断出有机薄膜的致密性。在大范围(微米量级)从整体上观察薄膜均匀性时,原子力显微镜也比较方便。 图1 苝四甲酸二酐单分子膜的原子力形貌图,扫描范围30nmX30nm 由于有机薄膜的质地比较软,因此在用接触模式扫描时,会因侧向力过大对薄膜造成划伤,因此常常采用轻敲模式进行扫描。但是我们常常需要通过接触模式

下的力曲线测试,对有机薄膜自身的一些力学特性先有一定的了解,比如弹性、粘滞力等,因为这些有机薄膜自身固有的特性也会影响到扫描成像,之后在通过扫描过程中合理化相应的参数,获得高质量的图像。 2：DPN 纳米加工技术 Mirkin小组发明了一种成为“dip-pen”的纳米加工技术(图2),AFM针尖被当作“笔”,硫醇分子被当作“墨水”,而基底被当作“纸”,吸附在针尖上的硫醇分子借助于针尖和基底之间的水层被转移到基底上的特定区域。然而,这种DPN存在一个明显的缺点就是只能把有机分子“写”在基底上,而且保持所生成结构的长期稳定性是一个重要问题。 图 2 DPN 操作示意图(A)和 DPN 所形成的 ODT 阵列的侧向力图(B)

近场光学显微镜介绍

近场光学显微镜 1.概述 新型的近场光学显微镜的出现，使人们的视野拓宽到波长的十分之一以下，即纳米尺度。在近场光学显微镜中，采用孔径远小于光波长的探针代替光学镜头。当把这样的亚波长探针放置在距离物体表面一个波长以内，即近场区域时，通过探测束缚在物体表面的非辐射场，可以探测到丰富的亚微米光学信息。 随着扫描探针显微学、微弱光信号探测技术的发展，人们可以制备孔径小于50 nm 的光纤探针，并且精确地在样品表面几十纳米以内稳定、可靠地进行光学信息的扫描成像，即扫描近场光学显微镜，其光学分辨率达到波长的几十分之一。 由于光子具有一些特殊的性质，如没有质量、电中性、波长比较长(与电子相比较)、容易改变偏振特性、可以在空气及许多介电材料中传播等等，近场光学在纳米尺度观察上起到其他扫描隧道显微镜、原子力显微镜所不能取代的作用，引发了近场光学显微镜在纳米尺度光学成像、纳米尺度光学微加工与光刻、超高密度信息存储、以及生物样品的原位与动态观察等一系列研究。在这个领域中，另一个新的发展是近场光学技术与近场光谱及时间分辨的结合。人们不但能够分辨单一的分子，并且能得到单一分子发出的荧光光谱及与时间分辨(10 - 15s)相结合的介观体系信息。同时，也提出了近场条件下分辨率、衬度、偏振及光的传播特性的新的理论问题。 2.近场光学显微镜的原理 传统的光学显微镜由光学镜头组成，可以将物体放大至几千倍来观察细节，由于光波的衍射效应，无限提高放大倍数是不可能的，因为会遇到光波衍射极限这一障碍，传统的光学显微镜的分辨率不能超过光波长的一半。比如，以波长λ=400nm的绿光作为光源，仅能分辨相距为200nm的两个物体。实际应用中λ>400nm，分辨率要更低些。这是因为一般的光学观察都在距离物体很远的位置（>>λ）。

用于微观几何形状测量的扫描探针显微技术

８传感器技术（Ｊ。ｕｒｎａｌ【，ｆＴｒａｎ副ｕｃ叮陆ｈｎｃ山础）２００３年第２２卷第９期 用于微观几何形状测量的扫描探针显微技术 王晓东１，常城２，宋洪侠３ （１大连理工大学微系统研究中心，辽宁大连１１６０２４； ２哈尔滨工程大学自动化学院，黑龙江哈尔滨１５０∞ｌ；３大连理工大学机械工程学院，辽宁大连１１６０２４） 摘要：随着微技术的发展，对微观结构的精确测量变得越来越重要。对能够用于微观几何形状测量的 扫描探针显微技术——扫描隧道显微术（盯Ｍ）、扣描光学近场显微术（ｓＮｏＭ）和原子力显微术（ＡＦＭ）进 行了比较详细的分析和介绍。 关键词：扫描探针显微术；微观几何形状；传感器 中图分类号：ＴＰ２１２；ＴＨ盯４文献标识码：Ａ文章编号：１０００—９７８７（２００３）０９—０００８一０４ Ｓｃａｎｎｉｎｇｐｒｏｂｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙｆｏｒｍｉｃｒｏ－ｇｅｏｍｅｔｒｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｗＡＮＧｘｌ静ｄｏｎ９１，ｃ卜ＩＡＮＧｃｈｅｎ９２，ＳＯＮＧ｝｛０ｎｇ．ｘｉａ３ （１．Ｒ嚣Ｃｅｎｔｅｒｆｏｌ‘Ｍｉｃｍｓｙｓｔ锄ｎｄｍ，Ｄａｌｉ粕ＵｎｉⅧ两ｔｙｏｆｌＫｈ∞ｌｏ酊，Ｉ）ａｌｉ蛐１１６０“，ｃｈｉｍ； ２．ｓｃｈｏｆＡｕｔ咖Ｕ蚰Ｅｒｌｇｉｎ．ＨａｒｍｎＥ唧Ｔ枷ＩＩｇＵｎｉ岫硝ｔｙ，Ｈ盯ｂｉｎ１５０∞ｌ，ＣｌＩｉｎａ； ３．ｓｃｌｌｏｆＭｅｃｌｌＥｎｇｉｎ．Ｄａｌｉ锄ＵⅡｉｖｅ倦ｉｌｙｏｆ瞰Ｉｌｌｌｏｌｏ酣，叫ｉ粕１１６０２４，ｃｈｉ呐） Ａｂｓ岫ｃｔ：Ｗｉｔｈｔｈｅｄ州ｄｏｐｍｅｍｄ眦删ｔｅｃｈｌｏｋ）ｇｙ，ｔ｝把ｍｅａｓｕｒｅｍｅｍｏｆｔｈ８ｇｅ。ｍ唧ｄｍＩｃＨ埘Ｔｕｃｔｕｒ器ｗ；ｔｈ ｈＬｇｈａｃｃＬｌｒａｃｙｂｅｃ。ｍ麟ｒｒ衄ｅ蛐ｄｒｎｏｒｅｉｍｐ。ｒｔａｎｔＳ０ｍｅ。ｆｔｋ【ｅｃｌｌｌｌｌｑｕｅｓｏｆ洲ｉ“ｇｐｍｂｅｍ；ⅢＨ∞ｐｙｗｈｉｃｈ ａｒｅｕ剃ｆｏｒｍｉｃｒｏ－ｇｅ。ｍｅｔｒｙｍｅａｓｕｒ盯ｎ朗ｔａｒｅｓＬ｜ｒＩｍｌａ＾ｚｅｄａｎｄ蛳ａＩ”ｅｄ．１ｎｃｌＬ血。１９ｓｃａｌｌ血ｎｇｔｕｎｎｅｌｉｎｇ叫一 ｃｒｏｓｏ叩ｙ，５ｃａｎｎｉｎｇｎｅａｒ—ｎｄｄ０ｐｔｉｃａｌｍｉｃｒ。ｓ∞ｐｙａｎｄａｔｏｍｌｃｆｏｒｃｅ叫衄Ｈｃｏｐｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｃａｒｌｎｌｎｇｐｒｏｂｅ蚵ｃ１娜ｙ（ＳＰＭ）；ｍｉｃｎｇｅｏｒｎｅｔｒｙ；ｓｅ蝴 ０引言 利用精密测量仪器和微操作机构，人类已经走进了微观世界，并不懈地进行微技术的研究和开发。微技术的发展使得产品微小型化并集成各种功能成为可能，与此同时，不断的微小型化，使得对微观结构的精确测量变得越来越重要。近ｌＯ年来，表面物理学的基础研究使得扫描探针显微技术（ＳＰＭ）得到发展，这种新型技术能够对微观几何形状及其它表面特性进行测量分析。扫描探针显微镜同光学和电子显微镜有着明显的区别，扫描探针显微镜使用很小的探针去“接触”被测量物体的表面，与物体表面极其接近，距离极小，具有原子量级的分辨力…。利用扫描探针显微技术可以在１５０～１５０“ｍ２的范围内，可获得原子量级的测量准确度。 扫描探针显微术是一类显微术的总称，具体包括。Ｐ几种或更多的具体技术，这些技术在概念和具体技术上以扫描隧道显微术（ｓｃａＩｌｎｉｎｇｔｕｎｎｅｌｉｎｇ 收稿日期：２００３一０３—２９ｍｉｃｍｓｃｏｐｙ，ＳＴＭ）为基础【“。本文将具体对扫描隧道显微术、扫描光学近场显微镜（ＳｃａｎｎＩｎｇｎｅａｒ－ｆｉｅｌｄｏｐｔｉｃａｌｍｉｃｍｓｃｏｐｙ，ｓＮｏＭ）和原子力显微术（ａｔｏｍｉｃ如ｒｃｅｍｉｃｍｓ∞ｐｙ，ＡＦＭ）等三种扫描探针显微技术进行具体介绍和分析。 ｌ扫描隧道显微术（ｓ１Ｍ） 图１所示为扫描探针显微技术的基本原理【３Ｊ。 圈１扫描探针豆徽拉术的原理 ｎｇｌｓｃ｝娜＿¨ｃｍ雄册ｏｒ ＳＰＭ 　万方数据