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有关SPM精度问题分享

hrxspm

2012/09/26

扫描探针显微镜SPM/AFM

有关SPM的精度问题

有关扫描探针显微镜（SPM）精度的第三方权威认证的问题，目前行业内还缺乏统一的国际和国内标准，不过相关方面的标准现在已经在开始制定，如：由黄文浩老师领导的SPM漂移标准的制定，我们也是其中的一员（在漂移方面会再重新提到）。

造成扫描探针显微镜测量精度误差的原因主要有以下几个方面：扫描器的非线性问题、噪声（包括环境噪声和电子噪声）、样品漂移（包括热漂移和应力漂移）、仪器的定标等。

一，扫描器的非线性；

扫描器为压电陶瓷材质，由于压电材料固有的磁滞性、蠕变性等特性，导致压电扫描器的非线性特性，即扫描器的位移与所加的驱动电压不成线性关系，采用专业的非线性校正技术，保证测量结果非线性度<0.5%，并且在国内唯一综合考虑了扫描速度对非线性的影响。

二，仪器的噪声水平；

噪声有电子噪声和环境噪声两种：

1，电子噪声主要是一个电子设计的精度问题，就是数据传输过程中的正确程度和电子线路的稳定性。（来源交流变为直流时的纹波，接地线的电阻等）

例如：驱动压电陶瓷理论上压电陶瓷伸长量△X=K（压电系数）·V（电压）

实际上：△X+△x=K·(V+/-λ) λ为纹波

如果要出原子图像就要求△x这部分很小，这可以通过两种方法：尽力降低纹波或者减小压电系数（即缩小扫描器量程）。

2. 环境噪声

X-Y方向振动要减少到1埃以下；Z方向振动要减少得更低。

由此可见，减振对于我们这类仪器来说非常重要、同时又是非常困难的。世界上第一台STM诞生过程中一大半时间花在减振方案的解决上，市场上提供的各种气浮式减震平台大多不适用于SPM系统，因为它们多把高频振动转化成了低频振动，而对低频的振动很难做到埃级的消振要求。

三，样品漂移

漂移有应力漂移和热漂移

漂移始终存在，扫描时间长一些，会逐渐趋于稳定，在某个特定的方向，漂移比较大，所以在扫描小范围时，改变扫描角度可以得到漂移较小的图像。漂移的消除方法：热处理、放置和运动消除，我们推荐用运动消除的方法，即用大范围扫描光栅样品。

在SPM仪器的定标方面，全行业内通用的方法即为用标准光栅定标，光栅从制作方法上来讲为光刻方法制成，我公司所提供的标准样品为可溯源至具有PTB证书的二维光栅，在精度上进行最大的保证。

扫描探针显微镜（SPM）是一项多学科交叉的技术，涉及到电子、机械、光学、软件等多学科，只有把各个环节的误差减至可能的最小，然后在仪器的整体方面才可能保证最大的精度。

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