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【求助】請問AFM探针在不同條件下的選擇的一些問題

扫描探针显微镜SPM/AFM

  • 大家好,因為我是AFM的新手,有一些問題不是很了解,感覺我找資料的方向好像不太對,可能很多經典的paper我都不曉得...,所以一直找不到我要的答案,所以想來向各位請益。

    這次我的問題圍繞在選擇探針上。

    請問在不同模式、in air和inliquid下(就是contact mode in air,contact mode in liquid,tapping mode in air,tapping mode in liquid,跟non contact mode)究竟要如何選擇針呢?主要我想了解的是spring constant跟共振頻率範圍的選擇,另外如果有材料(Si跟Silicon Nitride)、長度的選擇方式的話就更好了

    大體而言,我知道contact mode in air的探針較tapping mode in air的探針軟,我看到的資料contact的探針spring constant通常小於1N/m ,那tapping mode in air跟noncontact mode的探針tapping mode in air的範圍呢?

    contact mode分別在air跟liquid下的探針,需要用不同spring constant嗎?是不是liquid下的比較軟?

    另外,為什麼tapping mode in liquid需要比較軟的針?

    最後就是,想請教大家v-shaped的針跟一般單臂的針的比較,他的差異性是在哪裡?
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  • hitttr

    第1楼2009/08/11

    一下子提这么多问题,学习很用心嘛。
    关于你说的问题,大致如下:
    目前的探针,根据材质来分,可以分为两类:
    氮化硅的和硅的。
    氮化硅针尖基本上都是接触模式的,这由其材料和制备工艺所决定的。
    氮化硅针尖是用沉积的方法在硅基底上成型的。
    正因为基底是硅,所以沉积的氮化硅不能太厚,太厚会的话会存在过大的应力。所以氮化硅针尖都是很软的,适合用于接触模式。

    更普遍的则是硅针尖。因为电子工业的发展,硅的加工工艺的成熟,
    使得制备硅针尖成为一种更便捷,更经济的方法。
    硅针尖既有接触模式的,也有轻敲模式的。
    观察其悬臂长而软的用于接触模式,短而硬的用于轻敲模式。


    根据形状来分,可分为一字型的和三角形的。
    一字型的由于其形状简单,制备工艺也相对简单,所以更为常见,
    三角形的相对而言,
    一方面由于反射激光的面积增加,
    所以在某些情况下是有利于提高信噪比的(通常情况下没啥影响),
    另一方面,由于其是由两个悬臂组合成一个三角形,
    所以从力学角度而言,更加稳定,可以有效的消除侧向力对测量的影响。

    最后关于在液体和空气中测量的问题:
    对接触模式而言,针尖选择没啥区别,即都用同样的接触针尖就可以。
    对轻敲模式而言,有少许的区别。
    轻敲模式最重要的就是共振频率的选择,
    在液体中和空气中的振动方式不一样,
    通常情况下,在空气中时是由振源带动悬臂做受迫振动,
    工作时的共振频率由悬臂的共振频率所决定。
    在液体中是,是由振源带动整个液体池做受迫振动(MAC模式除外)。
    工作时的共振频率由液体池系统所决定。
    液体池的共振频率一般都在10Khz-50Khz(大致的数据,非确切的,没逐一核实过)范围以内。

    所以在做液相轻敲模式的时候,需要选择共振频率与液体池共振频率相当的悬臂。
    即选择标称的共振频率10-50Khz的针尖?
    No!!!
    因为在液体中的阻尼与在空气中不同,针尖在液体时,共振频率会下降。
    而针尖的标称共振频率是指其在空气中的共振频率。
    所以须选择共振频率大于液体池共振频率的针尖,小于
    有些针尖厂商有专门的用于液体轻敲模式的针尖,
    共振频率大致在50-80Khz。

    一般情况下,其实也可以直接用普通轻敲针尖来做液相的。
    最好选用共振频率较低的轻敲针尖。

    普通轻敲针尖的共振频率大致在100-400Khz范围内。


    有啥不妥的地方,请多指正哈。


    chi76622 发表:大家好,因為我是AFM的新手,有一些問題不是很了解,感覺我找資料的方向好像不太對,可能很多經典的paper我都不曉得...,所以一直找不到我要的答案,所以想來向各位請益。

    這次我的問題圍繞在選擇探針上。

    請問在不同模式、in air和inliquid下(就是contact mode in air,contact mode in liquid,tapping mode in air,tapping mode in liquid,跟non contact mode)究竟要如何選擇針呢?主要我想了解的是spring constant跟共振頻率範圍的選擇,另外如果有材料(Si跟Silicon Nitride)、長度的選擇方式的話就更好了

    大體而言,我知道contact mode in air的探針較tapping mode in air的探針軟,我看到的資料contact的探針spring constant通常小於1N/m ,那tapping mode in air跟noncontact mode的探針tapping mode in air的範圍呢?

    contact mode分別在air跟liquid下的探針,需要用不同spring constant嗎?是不是liquid下的比較軟?

    另外,為什麼tapping mode in liquid需要比較軟的針?

    最後就是,想請教大家v-shaped的針跟一般單臂的針的比較,他的差異性是在哪裡?

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  • 清风侠

    第2楼2009/08/11

    呵呵,不愧是专家。液体中轻敲模式,简单选择针尖方法:选择氮化硅针尖!(即用空气中contact探针做液体环境下的轻敲模式)

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  • hitttr

    第3楼2009/08/12

    过奖,过奖,大侠是前辈高人,一语中的。

    ssh110 发表:呵呵,不愧是专家。液体中轻敲模式,简单选择针尖方法:选择氮化硅针尖!(即用空气中contact探针做液体环境下的轻敲模式)

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  • chi76622

    第4楼2009/08/18

    hitttr 发表:一下子提这么多问题,学习很用心嘛。
    关于你说的问题,大致如下:
    目前的探针,根据材质来分,可以分为两类:
    氮化硅的和硅的。
    氮化硅针尖基本上都是接触模式的,这由其材料和制备工艺所决定的。
    氮化硅针尖是用沉积的方法在硅基底上成型的。
    正因为基底是硅,所以沉积的氮化硅不能太厚,太厚会的话会存在过大的应力。所以氮化硅针尖都是很软的,适合用于接触模式。

    更普遍的则是硅针尖。因为电子工业的发展,硅的加工工艺的成熟,
    使得制备硅针尖成为一种更便捷,更经济的方法。
    硅针尖既有接触模式的,也有轻敲模式的。
    观察其悬臂长而软的用于接触模式,短而硬的用于轻敲模式。


    根据形状来分,可分为一字型的和三角形的。
    一字型的由于其形状简单,制备工艺也相对简单,所以更为常见,
    三角形的相对而言,
    一方面由于反射激光的面积增加,
    所以在某些情况下是有利于提高信噪比的(通常情况下没啥影响),
    另一方面,由于其是由两个悬臂组合成一个三角形,
    所以从力学角度而言,更加稳定,可以有效的消除侧向力对测量的影响。

    最后关于在液体和空气中测量的问题:
    对接触模式而言,针尖选择没啥区别,即都用同样的接触针尖就可以。
    对轻敲模式而言,有少许的区别。
    轻敲模式最重要的就是共振频率的选择,
    在液体中和空气中的振动方式不一样,
    通常情况下,在空气中时是由振源带动悬臂做受迫振动,
    工作时的共振频率由悬臂的共振频率所决定。
    在液体中是,是由振源带动整个液体池做受迫振动(MAC模式除外)。
    工作时的共振频率由液体池系统所决定。
    液体池的共振频率一般都在10Khz-50Khz(大致的数据,非确切的,没逐一核实过)范围以内。

    所以在做液相轻敲模式的时候,需要选择共振频率与液体池共振频率相当的悬臂。
    即选择标称的共振频率10-50Khz的针尖?
    No!!!
    因为在液体中的阻尼与在空气中不同,针尖在液体时,共振频率会下降。
    而针尖的标称共振频率是指其在空气中的共振频率。
    所以须选择共振频率大于液体池共振频率的针尖,小于
    有些针尖厂商有专门的用于液体轻敲模式的针尖,
    共振频率大致在50-80Khz。

    一般情况下,其实也可以直接用普通轻敲针尖来做液相的。
    最好选用共振频率较低的轻敲针尖。

    普通轻敲针尖的共振频率大致在100-400Khz范围内。


    有啥不妥的地方,请多指正哈。


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  • hitttr

    第5楼2009/08/18

    呵呵,客气个啥呀。
    大家一起学习,一起进步哈。
    [quote]原文由 chi76622 发表:謝謝您呀!
    真的學習到好多,茅塞頓開了呢!
    AFM真的是一門廣大的學問啊~

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  • CHYMAA

    第6楼2014/08/14

    hitttr(hitttr) 发表:一下子提这么多问题,学习很用心嘛。
    关于你说的问题,大致如下:
    目前的探针,根据材质来分,可以分为两类:
    氮化硅的和硅的。
    氮化硅针尖基本上都是接触模式的,这由其材料和制备工艺所决定的。
    氮化硅针尖是用沉积的方法在硅基底上成型的。
    正因为基底是硅,所以沉积的氮化硅不能太厚,太厚会的话会存在过大的应力。所以氮化硅针尖都是很软的,适合用于接触模式。

    更普遍的则是硅针尖。因为电子工业的发展,硅的加工工艺的成熟,
    使得制备硅针尖成为一种更便捷,更经济的方法。
    硅针尖既有接触模式的,也有轻敲模式的。
    观察其悬臂长而软的用于接触模式,短而硬的用于轻敲模式。

    根据形状来分,可分为一字型的和三角形的。
    一字型的由于其形状简单,制备工艺也相对简单,所以更为常见,
    三角形的相对而言,
    一方面由于反射激光的面积增加,
    所以在某些情况下是有利于提高信噪比的(通常情况下没啥影响),
    另一方面,由于其是由两个悬臂组合成一个三角形,
    所以从力学角度而言,更加稳定,可以有效的消除侧向力对测量的影响。

    最后关于在液体和空气中测量的问题:
    对接触模式而言,针尖选择没啥区别,即都用同样的接触针尖就可以。
    对轻敲模式而言,有少许的区别。
    轻敲模式最重要的就是共振频率的选择,
    在液体中和空气中的振动方式不一样,
    通常情况下,在空气中时是由振源带动悬臂做受迫振动,
    工作时的共振频率由悬臂的共振频率所决定。
    在液体中是,是由振源带动整个液体池做受迫振动(MAC模式除外)。
    工作时的共振频率由液体池系统所决定。
    液体池的共振频率一般都在10Khz-50Khz(大致的数据,非确切的,没逐一核实过)范围以内。

    所以在做液相轻敲模式的时候,需要选择共振频率与液体池共振频率相当的悬臂。
    即选择标称的共振频率10-50Khz的针尖?
    No!!!
    因为在液体中的阻尼与在空气中不同,针尖在液体时,共振频率会下降。
    而针尖的标称共振频率是指其在空气中的共振频率。
    所以须选择共振频率大于液体池共振频率的针尖,小于
    有些针尖厂商有专门的用于液体轻敲模式的针尖,
    共振频率大致在50-80Khz。

    一般情况下,其实也可以直接用普通轻敲针尖来做液相的。
    最好选用共振频率较低的轻敲针尖。

    普通轻敲针尖的共振频率大致在100-400Khz范围内。

    有啥不妥的地方,请多指正哈。

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  • unht

    第7楼2014/08/15

    专家的解释详细透彻易懂,建议把它投到第七届原创大赛茹

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