上海交通大学：《探索物质微观世界》课程教学资源（课件讲义）第十三讲 原子力显微镜技术

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上海充通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 扫描隧道显微镜

扫描隧道显微镜

上游充通大兽 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 1. 分辦率高 具有原子级高分辨率，STM在平行于样品表面方向上的分辨率分别可达 0.1nm和0.01nm,即可以分辨出单个原子 横向分辨率可达 103 SEM (S)TEM 0.1nm E55 纵向分辨率可达 103 HM 0.01nm 10 IFIM PCM 101 SPM 10 10 103 105 横向标茂/nm HM:高分辨光学显微镜；PCM:相反差显微镜； (S)TEM:(扫描)透射电子显微镜； FIM:场离子显微镜；REM:反射电子显微镜

1. 分辨率高 具有原子级高分辨率，STM 在平行于样品表面方向上的分辨率分别可达 0．I nm 和 0．01 nm，即可以分辨出单个原子． HM：高分辨光学显微镜；PCM：相反差显微镜；(S)TEM：（扫描）透射电子显微镜； FIM：场离子显微镜；REM：反射电子显微镜 横向分辨率可达 0.1nm 纵向分辨率可达 0.01nm

上游文通大学 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 这是中国科学院化学所的科技人员利用纳米加工技术在石墨表面通过搬迁碳原 子而绘制出的世界上最小的中国地图

这是中国科学院化学所的科技人员利用纳米加工技术在石墨表面通过搬迁碳原 子而绘制出的世界上最小的中国地图

上海充通大学 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 扫描探针显微镜的特点 2、可实时得到实空间中表面的三维图像，可用于具有周期性 或不具备周期性的表面结构研究。 应用：可用于表面扩散等动态过程的研究。 3、可以观察单个原子层的局部表面结构，而不是体相或整 个表面的平均性质。 应用：可直接观察到表面缺陷、表面重构、表面吸附体的 形态和位置，以及由吸附体引起的表面重构等。 4、可在真空、大气、常温等不同环境下工作，甚至可将样 品浸在水和其它溶液中，不需要特别的制样技术，并且探测过 程对样品无损伤。 应用：适用于研究生物样品和在不同试验条件下对样品表 面的评价，例如对于多相催化机理、超导机制、电化学反应过 程中电极表面变化的监测等

2、可实时得到实空间中表面的三维图像，可用于具有周期性 或不具备周期性的表面结构研究。 应用：可用于表面扩散等动态过程的研究。 扫描探针显微镜的特点 3、可以观察单个原子层的局部表面结构，而不是体相或整 个表面的平均性质。 应用：可直接观察到表面缺陷、表面重构、表面吸附体的 形态和位置，以及由吸附体引起的表面重构等。 4、可在真空、大气、常温等不同环境下工作，甚至可将样 品浸在水和其它溶液中，不需要特别的制样技术，并且探测过 程对样品无损伤。 应用：适用于研究生物样品和在不同试验条件下对样品表 面的评价，例如对于多相催化机理、超导机制、电化学反应过 程中电极表面变化的监测等

上游充通大兽 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 硅111面7×7原子重构象 为了得到表面清洁的硅片单质材料，要对硅片进行 高温加热和退火处理，在加热和退火处理的过程中硅 表面的原子进行重新组合，结构发生较大变化，这就 是所谓的重构

硅111面7 7原子重构象 为了得到表面清洁的硅片单质材料，要对硅片进行 高温加热和退火处理，在加热和退火处理的过程中硅 表面的原子进行重新组合，结构发生较大变化，这就 是所谓的重构

上游究通大学 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 扫描探针显微镜的特点 5、配合扫描隧道谱，可以得到有关表面结构的信息，例如 表面不同层次的态密度、表面电子阱、电荷密度波、表面势垒 的变化和能隙结构等。 6、在技术本身，SPM具有的设备相对简单、体积小、价格便 宜、对安装环境要求较低、对样品无特殊要求、制样容易、检 测快捷、操作简便等特点，同时SPM的日常维护和运行费用也 十分低廉。 7、 利用STM针尖，可实现对原子和分子的移动和操纵，这为 纳米科技的全面发展奠定了基础

扫描探针显微镜的特点 5、配合扫描隧道谱，可以得到有关表面结构的信息，例如 表面不同层次的态密度、表面电子阱、电荷密度波、表面势垒 的变化和能隙结构等。 6、在技术本身，SPM具有的设备相对简单、体积小、价格便 宜、对安装环境要求较低、对样品无特殊要求、制样容易、检 测快捷、操作简便等特点，同时SPM的日常维护和运行费用也 十分低廉。 ． 7、利用STM针尖，可实现对原子和分子的移动和操纵，这为 纳米科技的全面发展奠定了基础

上游充通大兽 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 1990年，BM公司的科学家展示了一项令世人震惊 的成果，他们在金属镍表面用35个惰性气体氙原子 组成"IBM”三个英文字母

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上游充通大兽 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 工作原理及 工作模式

工作原理及 工作模式

上游充通大兽 原子力显微镜（AFM) SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 70 职 ●直径≤15mm

原子力显微镜（AFM）  直径≤15mm