AFM探针的一些知识点
发布日期:2021-11-29 15:25:20
       AFM探针的重要组成部分是:针尖、悬臂和基底。原子力显微镜检测到非常小的范德华力。探针决定了原子力显微镜灵敏度的核心,因此对探针材料有很高的要求。探针材料通常是单晶硅或氮化硅(Si3N4),其中一些可以具有其他涂层(金或铝等)。背面涂层有助于改善悬臂反射并提高反射激光束的检测效率。其次,涂层可以赋予探针铁磁性或电性。

  除了AFM探针的材料选择,长度、宽度、弹性系数(k)以及刀尖的曲率半径和形状也非常重要。一般来说,悬臂的弹性系数k越大,共振频率(f0)越高。k越大,探针和样品之间的力越大,而力通常越小。探头太硬可能会损坏样品,探头太软可能会导致机械模量数据不准确。探头越尖,分辨率越高。如果探针不够细,它可能无法探测到样品的深槽或区分更详细的表面结构。但是针尖过尖会损伤样品表面,容易磨损。这时候建议用钝的针尖,针尖的形状也会对结果有一些影响。因此,在实际应用中,探头的质量直接影响成像结果,需要根据实际情况选择不同类型和规格的探头。

  AFM探针是需要导电的,并且可以在硅探针上沉积高导电的铂涂层。为了实现快速的数据传输速率,悬臂阵列需要以100mm  s-1的高速移动。高速摩擦磨损、高载荷和高温是该技术的主要障碍。一个重要的问题是探针尖端在高达630的温度下以每秒几十毫米的相对高速滑动接触的耐久性。

  基于AFM探针的记录技术具有优势。薄膜中铁电畴的成像利用了铁电体的基本特性,即它们的压电行为和表面电荷的存在。当显微镜以非接触模式工作时,静电力显微镜(EFM)可以检测与正常偏振分量成比例的静态表面电荷。

  AFM探针由于应用范围限于原子力显微镜,应用领域不广,在国际上的使用不多,属于高科技仪器的消耗品。主要生产厂家位于德国、瑞士、保加利亚、美国等。由于探测器寿命短、分辨率低、不稳定、一致性差,各国都在开发新的探测器。

  导电AFM探针用于EFM、KFM、单片机等。导电探针的分辨率比分接和接触探针差,使用时导电涂层容易脱落,导电性难以长时间保持。导电尖端的新产品包括碳纳米管尖端、金刚石涂层尖端、全金刚石尖端和全导线尖端。这些新技术克服了普通导电头寿命短、分辨率低的缺点。