nanoandmore非接觸式/標(biāo)準(zhǔn)輕敲模式 AFM 探頭

硬質(zhì)材料樣品的非接觸或輕敲模式 AFM 成像可能是常用的 AFM 模式。在這些動(dòng)態(tài)模式中，AFM 懸臂通過(guò)集成在 AFM 的 AFM 探頭底座中的執(zhí)行器（通常是小型壓電陶瓷振動(dòng)器）被迫以或接近其共振頻率振蕩。

當(dāng)接近樣品表面時(shí)，AFM 懸臂振蕩被阻尼。振蕩幅度下降，相對(duì)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相位發(fā)生變化，諧振頻率由于阻尼而降低。通常，幅度信號(hào)或相位信號(hào)變化用于反饋回路，通過(guò)調(diào)整 AFM 探頭的 z 位置來(lái)保持 AFM 探頭-樣本距離恒定。

移動(dòng) z 位置的反饋回路的輸出信號(hào)是當(dāng)前 AFM位置處樣品高度的直接測(cè)量值。原始信號(hào)（通常是電壓）根據(jù) AFM 頭非線性 z 運(yùn)動(dòng)的校準(zhǔn)表轉(zhuǎn)換為長(zhǎng)度標(biāo)度。或者，在現(xiàn)代 AFM 系統(tǒng)中，AFM 頭的 z 軸運(yùn)動(dòng)由 AFM 頭中的單獨(dú)傳感器測(cè)量，以提高準(zhǔn)確性。這個(gè)概念被稱為“閉環(huán)"，而反饋輸出信號(hào)的使用轉(zhuǎn)換被稱為“開(kāi)環(huán)"。

非接觸和輕敲模式 AFM（有時(shí)稱為間歇模式）的區(qū)別在于與樣品表面的相互作用。雖然 AFM在非接觸模式下不接觸表面，但它在輕敲模式 AFM 的振蕩峰值處確實(shí)與表面接觸。更準(zhǔn)確地說(shuō)，AFM在非接觸 AFM 模式的整個(gè)振蕩周期中保持在吸引力（基本上是范德瓦爾斯力）的狀態(tài)下，而 AFM陷入 AFM之間接觸的排斥力狀態(tài)并在輕敲模式下采樣。輕敲模式 AFM 在幾十納米范圍內(nèi)使用較大的振幅，而非接觸模式 AFM振蕩通常小于 10nm。

這些測(cè)量模式的一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題是，如果 AFM 與樣品相互作用的吸引力大于振蕩期間的回縮力，則 AFM往往會(huì)粘在表面上。因此，適用于這些模式的 AFM 探頭需要最小的力常數(shù)。在許多情況下，這種所謂的“卡入"效應(yīng)是由樣品表面的表面污染物和液膜的粘附力或毛細(xì)管力引起的。

在實(shí)踐中，使用力常數(shù)為幾十 N/m 的 AFM 探針已證明是在操作穩(wěn)定性和有限力之間的良好折衷，以在硅或石墨或其他類似的硬表面上進(jìn)行非接觸或輕敲模式堅(jiān)硬的材料。較高的力常數(shù)會(huì)增加 AFM或樣品損壞的風(fēng)險(xiǎn)，除非振蕩幅度沒(méi)有顯著降低到 AFM 偏轉(zhuǎn)檢測(cè)系統(tǒng)難以檢測(cè)到的水平。

大共振頻率是可取的，因?yàn)樗鼈冊(cè)试S快速掃描表面而不會(huì)丟失信息。然而，用于標(biāo)準(zhǔn)非接觸和輕敲模式 AFM 的 AFM 探針沒(méi)有可能的最高共振頻率。其原因是，如此高的共振頻率需要特殊的 AFM 懸臂幾何形狀、調(diào)整到這些幾何形狀的偏轉(zhuǎn)檢測(cè)系統(tǒng)，最后但并非最不重要的一點(diǎn)是，在大多數(shù) AFM 系統(tǒng)中尚未實(shí)施的非常快速的 AFM 反饋機(jī)制。因此，用于快速掃描的 AFM 探針在我們網(wǎng)站上的單獨(dú)類別中列出 - 超高頻、超短 AFM 懸臂梁。

另一個(gè) AFM 探針特性對(duì)于它們?cè)诳諝庵械姆墙佑|或輕敲模式 AFM 中的應(yīng)用非常重要，它是 AFM高度。遠(yuǎn)離樣品的 AFM 懸臂的阻尼通常以空氣阻尼為主。當(dāng)接近樣品表面時(shí)，在 AFM與樣品相互作用可見(jiàn)之前很久，阻尼就會(huì)顯著增加——距離 AFM 與樣品接觸的距離只有幾微米。這種阻尼增加是由于 AFM 懸臂和表面之間的空氣在振蕩過(guò)程中受到擠壓，從而導(dǎo)致所謂的“擠壓氣膜阻尼"效應(yīng)。反饋回路的設(shè)定點(diǎn)必須以這樣一種方式選擇，即該方法不會(huì)在該點(diǎn)停止，而是穿透“空氣膜"。顯然，由于設(shè)定點(diǎn)的這種偏移，測(cè)量的靈敏度會(huì)降低。需要超過(guò) 10µm 的 AFM高度才能顯著降低這種影響。所有列出的適用于非接觸式或輕敲模式 AFM 的 AFM 探頭均符合此要求。

此外，這里提供的大多數(shù) AFM 探針都具有 AFM 懸臂的梯形橫截面，這進(jìn)一步降低了壓縮空氣膜效應(yīng)，同時(shí)保持必要的力恒定。這種梯形橫截面的副作用是 AFM 懸臂在探測(cè)器側(cè)的反射面積更大（與具有矩形橫截面的 AFM 懸臂相比，AFM 懸臂值相似）這增加了反射的激光信號(hào)（總和信號(hào)）的光束偏轉(zhuǎn)原子力顯微鏡。

所有 AFM 探頭制造商都提供各種具有不同機(jī)械性能的 AFM 懸臂形狀以及不同的 AFM形狀。所有 AFM 探頭均由單晶硅制成。AFM 懸臂的探測(cè)器側(cè)可選的鋁或金涂層可增強(qiáng)反射率。建議使用頻率約為 300kHz 的 AFM 探頭，除非 AFM 工具的限制或特定應(yīng)用不需要不同的 AFM 懸臂幾何形狀或更軟的 AFM 懸臂。反射涂層提高了信噪比，但在測(cè)量過(guò)程中溫度變化的情況下會(huì)導(dǎo)致熱漂移。盡管如此，它還是推薦用于溫度變化不大的應(yīng)用。

該類別中的所有 AFM 探頭都被廣泛使用，并在許多案例和科學(xué)出版物中證明了它們的性能。在世界各地的許多 AFM 實(shí)驗(yàn)室中，這些 AFM 探頭是最常見(jiàn)的 AFM 表面成像應(yīng)用的優(yōu)選。

ARROW-NCPt

懸臂末端帶有電動(dòng)輕敲模式 AFM 探針

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