和记娱乐

<探针>
Q3-1:什么是SPM探针?
Q3-2:扫描探针显微镜(SPM)中探针的使用寿命是多久?
Q3-2:扫描探针显微镜(SPM)中探针的更换标准如何确定?
Q3-4:探针在安装时容易掉落,有便于安装的工具吗?

Q3-1: 什么是探针?
A : 长度为100~200μm的柔软薄片状物体,其前端有肉眼难以辨认的探针针尖。


悬臂形状


探针针尖SEM照片

探针的形状如上图(左),前端针尖部分的SEM照片如上图(右)所示。如图中所示一样,探针是利用半导体工程技术制成一体的三角形或长方形悬臂。市场目前所售的悬臂材质有氮化硅(S❀iN)和Si(硅)。标准尺寸的悬臂长度为200μm,厚度1μm,前端探针长3μm,探针尖端曲率半径为20nm。根据用途探针形状各有不同,为了提高电磁特性和耐久性,会在探针上镀膜,如磁性体、金属膜、类金刚石薄膜等。

悬臂非常微小,放置于1.5mm×2.5mm大小的基座上,更换时需要用镊子夹起基座部分。

接触模式使用的氮化硅悬臂有长(200൩μm)和短(100μm)两种规格。除弹性系数不同💧外,探针的形状是相同的。长悬臂的优点是激光光路调节操作简便,对样品施加作用力较小。短悬臂的杠杆比相对较高,有利于提高灵敏度,此外对于抗静电性能力不足的装置来说应选此种硬度高的悬臂为好。

探针分很多种类,随着技术不断开发,通过改变悬臂长度、厚度能获得更软、更细小的悬臂,以及碳纳米管(CNT)探针。本公司SPM-9700设备可以使用各种类型的探针。但其他设备对探针类型有使用限制或必须使用专🍃用悬臂,在使用中需注意。

接触模式探针 氮化硅制 (1组34根)
水平力模式探针(LFM) 氮化硅制(1组34根)
动态模式探针(Hard/Standard) 硅制(1组20根)
动态模式探针(Medium Hard) 硅制(1组24根)
动态模式探针(Soft) 硅制(1组24根)
磁力(MFM)模式探针 硅制(1组20根)
电流模式探针 硅制(1组20根)
力调制模式探针 硅制(1组20根)
表面电位(KFM)模式探针 硅制(1组20根)
碳纳米管探针 具体请另外咨询
Q3-2: 扫描探针显微镜(SPM)探针的使用寿命是多久?
A : 有时为了能够达到和新机器同样的分辨率,需要采集10至30幅图像,因此根据悬臂材质和观察条件而异,不能一概而论。

影响探针寿命的因素非常广泛,不能一概而论。有时仅扫描一幅图像就损坏了,有时连续使用一周都没有问题。悬臂前端的探针随着扫描次数的增加会出现磨损,为了能采集到高分辨率的图像,需要扫描10到30次。探针尖端因此逐渐变圆滑,图像清晰度下降。如图1所示,针尖的🦋状态对AFM成像有直接影响。

下图(a)和(b)是对同一样品在同一条件下扫描的AFM图像,(a)使用了锐利的探针,(b)使⛄用了已损耗的探针。标准样品(铌镀膜颗粒)在(a)图观察是细长颗粒,而由于(b)图的针尖损耗,图像𒉰分辨率下降,颗粒模糊变形且看起来变大。


悬臂状况对AFM成像的影响

探针的耗损程度视其材质和扫描条件(扫描范围、扫🔴描速度、点阵数、实验样品等)而定。一般,氮化硅材料的探针相对于硅材料的寿ﷺ命更长。此外,样品上若污渍较多易导致探针污染的话,画质会突然变差。根据对分辨率要求的高低,探针的使用状况有很大差异。

因此,正如探针的损耗程度会受到很多因素影响一样,探针能否正常工作的标准也各不相同,无法给出准确的使用寿ౠ命。在实际操作时,当测量常见的样品时画质出现异常,或者分辨率发生变化,就可更换悬臂。

节省的办法是根据🐬所需要的分辨率对探针区别使用,如扫描范围宽(低倍率,低分辨率)时使用旧探针,扫面范🦋围小时使用新探针,但如此精细化管理的实验室尚在少数。

 

Q3-3: 如何判断是否需要更换扫描探针显微镜(SPM)探针?
A : 通常情况下,如何无法得到有效的分辨率时即可更换。

探针的磨损程度可根据成像质量来判断。探针尖端的形状对SPM成像质量有很大影响。探针尖端受损后,不仅画质逐渐模糊(分辨率下降),更会加剧探针的磨损、断裂、污染(异物附着)。
探针的磨损是在扫描过程中随着使用的增加探针ℱ尖端逐渐被磨圆,这是最常发生且最难以判定的情况。根据检测样品(样品表面粗糙度、硬度)、扫描条件(扫描范围、扫描速度、扫描设置🍌值、反馈增益)的不同探针尖端的磨损程度不同,因此探针更换周期仅依靠使用时间无法判断。在通常情况下,无法得到有效分辨率时即可更换。

一般防止探针磨损的方法有降低扫描速度、减小设置值、调节反🦋馈增益等。使用DLC和CNT的探针磨损相对较小,但价格高种类少。

相反,探针断裂和污染判断较容易。例如,在样品更换后,或之前扫描的图像突然发生变化时即可做出判断。如下🏅图所示,扫描中探针🌠受污染后分辨率有所下降。


扫描中探针受污染分辨率下降实例

出现以下情形应该更换探针:

(1)标准样品的图像与以往不同。
观察常用样品和随机配送的标样时,如果和平时观测到的不同,如样品颗粒直径比预期大,可断定探针𒊎尖端出现损耗。

(2)在成像中出现探针尖端的形状(假象)
探针尖端如果出现异常形状的话,如观察圆形颗粒时出现探针尖端的形状,或朝着同一方向的椭圆形、方形,ℱ或如下图(a)的三角形、下图(b)的双重影、三重影,称之为假象,此时看到的是探针的形状,样品方向反转后,形状朝向不变。


可以看到假象的画面实例

Q3-4: 安装探针时容易掉落,有便于安装的工具吗?
A : 若使用探针安装辅助工具只需将悬臂沿滑动机构移动,更便于操作。

(1)将探针支架装在辅助工具上,用固定旋钮将其固定住。然后摁下探针固定压针。(探针固定压片被抬起)

(2)将探针置于滑动台上
此处操作请放松,探针位置可以用镊子调整



 

(3)将探针沿滑动台移动至探针支架上(将探针位置准确放好)

适用探针支架
AFM用标准支架、电流用支架、微电流用支架
KFM用支架
注:液池用探针支架无法使用

(4)慢慢按下夹片压柄,固定压针归位,探针固定压片复位,探针被固定住。

商品构成:
1)安装工具1
2)六角扳手4
3)专用工具包1
4)操作说明书 1