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主动防震台在AFM/SPM显微镜中的应用

主动防震台在AFM/SPM显微镜中的应用

主动防震台在AFM/SPM显微镜中的应用 

       消除AFM噪声的有效防震方案 

       在生物工程,材料科学和纳米技术等高灵敏度仪器设备如扫描探针显微镜(SPMs)已被广泛的使用,即使是微量振动噪声也会影响到显微镜图像和数据的质量。 

       在扫描探针显微镜中有不同的探头,收集信息可以采取多种形式,包括地形,元素组成,导电性等。为了更准确的测量和记录数据,仪器必须在探针,台面和探测器之间保持一个恰当稳定的距离。 

       因为这些技术仪器都对环境噪声非常敏感,SPMs通常需要某种形式的振动隔离。因为各种各样的影响因素,比如环境的噪声(声,振动,电磁噪声)和热波动,应用领域和所使用的设备类型无论是主动还是被动隔振系统,都可以用于消除AFM的噪声。 

       扫描探针显微镜(SPM) 

       扫描探针显微镜(SPM)通过光栅探针在样品表面获取信息。SPM有各种各样的探针,因而可以采取多种形式的信息收集——形貌、元素组成、电导率等等——取决于探头的类型。 

       扫描隧道显微镜(STM) 

       扫描隧道显微镜(STM)是第一种由SPM发展出来的显微镜。第一个STM与IBM在1981年发明。STM通过一个自动化的尖端(通常是钨)来与样品取得近场联系,然后施加一个偏置电压是尖端产生隧道电流。当尖端扫描样品表面时,产生的电平通过与参考电平比较,产生样品表面形貌。STM成像能够在室外空气或者超高真空室进行(UHV-STM)。 

       STM使得研究者能够观察出前所未有的清晰度水平。他们现在能够观察并操控单个原子。毫不夸张的说STM的发展彻底的改变了纳米技术领域研究。不仅提供新功能,同时建立了扫描探针显微镜(SPM)的基础概念,STM成为显微镜的一个新领域的基础。 

       原子力显微镜(AFM) 

       原子力显微镜是最广泛运用SPM技术的显微镜。AFM通过在样品表面移动一个超精细的机械探针,称为尖端,来进行运作。尖端在靠近样品表面出于样品表面上的原子力相互作用,而不是直接触碰样品。尖端连接到一个悬臂梁,在样品表面探测时进行偏转。一束激光安设在悬臂的背面,并进入到一个探测器,该探测器收集信息,作为滩镇一栋并产生样品的图像。由此产生的图像提供了一个很好的视图上的样品的超高分辨率的表面形貌。除了上面所述的普通的联系模式,AFM发展除了更多的操作模式,包括费接触模式,窃听模式,和力调制模式。 

       第一个商业原子力显微镜在1988年出售。从那时候起,原子力显微镜逐渐发展成为遗留的纳米技术研究显微镜。AFM的口碑越来越突出得益于他简单的操作和无与伦比的能力,手机高度精确的纳米尺度的表面数据。AFM现在普遍应用在大学科学部门和大公司的研发部门。AFM的应用还在不断的发展,例如使用原子力显微镜技术来诊断和研究癌细胞。 


         

       比较主动和隔振系统在AFM应用中的表现: 

       仪器:多种模式的数字AFM,放置于冷冻膛内。 

       样品:云母片上的DNA 

       描述:图像的是放置在TS-150主动隔振系统上的AFM。拍照到一半的时候,吧主动隔振电源关掉,剩下内置的被动弹簧作为隔振源。从下半图中可以清楚的看到垂直波纹,这就是环境振动对于AFM成像的影响。这可以明显的比较出主动隔振和被动隔振之间的差别。见下图:

其他类型SPM 

       自从第一台扫描探针显微镜发展以来,SPM的原理已经被应用到新技术的阵列。扫描近场光学显微镜(SNOM或NSOM)利用尖端孔径作为光学探头来为图像提供高空间分辨率和光谱信息。扫描离子电导显微镜(SICM)用充满的电解质的吸管接触的方式测量样品的表面形貌和离子电流。SICM尤其用来作为生物学应用。蘸笔纳米光刻技术(DPN)应用扫描探针技术,光科技树,利用悬臂和探头寄存与材料衬底上。 

       环境的挑战 

       扫描探针显微镜是众所周知对于环境干扰特别敏感的仪器。这种高灵敏度是由超高水平的精度和仪器本身的机械结构决定的。为了得到准确的数据,仪器必须保持探头、台面和探测器之间的一致的距离。即使是很小的原子力显微镜的噪音也会干扰到部件见的空间关系并造成数据的不准确。 

       AFM图像及可见噪声 

       SPMs需要某些振动隔离的方式,它不超大型的仪器,所以即使普通的环境振动也会很容易起到影响。另外,犹豫期易用性,SPMs经常被部署在各种环境中,从严格控制的研究实验室到生产环境。一些SPM利用被动隔振机制,如蹦极系统和空气表。但是对于高精度的应用则需要用主动隔振控制。安装前应使用振动测量设备,以确定仪器的最佳位置。 

       使得SPM振动也离不开一些因素比如噪声和气流。露天使用SPM是不可取的。声学外壳可部署在样品上,或者仪器本上,或是在整个测试设置当中。对于高要求的SPM应用,还需要高性能的隔音箱。 

       其他环境噪声包括热波动。材料在不同温度水平下的表现不同,这可能对测量可重复性有负面影响。电磁干扰可能是原子力显微镜噪声的另一个来源,SPM测量材料电导和电性能需要从杂散的电磁干扰(EMI)当中分离。 

       Herzan在扫描探针显微镜(SPM)除振上是行业的领先者,欢迎联系我们www.guruntech.com 

       讨论您的实际应用。 

       主动隔振在Asylum MFP-3D原子力显微镜中的应用实例效果: