原子力显微镜测量架构分析——苏州飞时曼精密仪器

AFM原子力显微镜的主要构成可分为五大块：探针、偏移量侦测器、扫描仪、回馈电路及计算机控制系统。

AFM原子力显微镜的探针长度只有几微米长，一般由悬臂梁及针尖所组成，主要原理是由针尖与测试样片间的原子作用力，使悬臂梁产生微细位移，以测得表面结构形状，其中最常用的距离控制方式为光束偏折技术。

探针放置于一弹性悬臂(cantilever)末端，一般由Si、SiO2、SiN4、纳米碳管等所组成探针，。当探针的尖端和样品的表面接触非常近时，它们二者之间会产生一股作用力，其作用力的大小值会随着探针与样品间距离的大小变化而变化，使得悬臂发生弯曲或者偏移，用低功率雷射照射在悬臂末端上，利用感光二极管侦测器(Photodetector)来测量低功率雷射光所反射的角度变化。因此当探针扫描过样品表面时，反射的雷射光角度也会发生变化，感光二极管的二极管电流也会随之不同。再由所测量初的电流变化，推算出悬臂被弯曲或歪移的程度，输入计算机计算可产生所测样品表面三维空间影像。

在测量样品到系统计算出影像的过程中，探针和被测样品间的距离始终保持在纳米量级。距离太大则不能获取到样品表面的信息，距离太小则会损伤探针和被测样品表面；回馈电路的作用就是在工作过程中，由探针得到探针与样品相互作用的强度，来改变加在样品扫描器垂直方向的电压，从而使样品伸缩，调节探针和被测样品间的距离，反过来控制探针一样品相互作用的强度，实现反馈控制。因此，反馈控制是本系统的核心工作机制。系统采用数字反馈控制回路，用户在控制软件的参数工具栏通过参考电流、积分增益和比例增益等几个参数的设置对该反馈回路的特性进行控制。

苏州飞时曼精密仪器有限公司作为自主研发AFM的原子力显微镜厂家，推出的扫描近场光学显微镜采用探针收集模式，用于近场光谱及纳米分辨成像。

配置清单：

1、激光器：半导体激光器，波长：532nm，（ 635nm；800nm、405nm可选；）

2、光学显微镜联用扫描近场光学显微镜系统；

3、采用光子计数器模块或微光探测光电倍增管模块，工作波长280nm-870nm；

4、近场探针波长响应范围优于：350-1000nm，探针近场可重复性大于90% ；

5、配备10根孔径90nm SNOM探针。

主要技术指标：

1、X-Y线性扫描范围：50umX50um；

2、扫描台在Z方向的线性移动范围：5um ；

3、样品尺寸：小于40mmX40mm；

4、样品台水平移动范围：6mmX6mm；

5、剪切力分辨率： Z方向1nm； XY方向10nm ；

6、光学分辨率：50-100nm，取决于探针质量；

7、Z方向步进距离：小于200nm。

原子力显微镜系统

1、AFM成像功能包括：接触式/轻敲模式/侧向力模式；

2、样品扫描范围：100umx100umx10um（WHD），三维全量程闭环控制扫描器， xyz非线性度小于0.05%，xy方向扫描精度：0.2nm；z方向扫描精度 0.05nm；

3、数字化控制系统： XY采用18-bit D/A， Z采用16-bitD/A；

4、数据采样：14-bit A/D、双多路同步采样。

扫描近场光学 原子力显微镜联用系统：

主要部件：

扫描管：国外进口；

探针：国外进口；

激光器：国外进口；

光子计数器模块/微光探测光电倍增管模块：国外进口；

控制软件：自主开发。