第九章

第九章这里说的是第二节“扫描探针显微测量技术”，目录上在 p211 左右。老师说的两台重要显微镜是：

1. 扫描隧道显微镜 STM
2. 原子力显微镜 AFM

课本第九章目录显示：第九章是“纳米技术与 3D 打印技术”，第二节就是“扫描探针显微测量技术”。

下面这段可以直接抄到 A4 上。

第九章：STM 与 AFM 必抄版

一、扫描隧道显微镜 STM

扫描隧道显微镜 STM 的原理：
STM 是利用量子隧道效应进行表面形貌测量的仪器。当非常尖锐的金属探针与导电样品表面距离接近纳米量级时，在探针和样品之间加上偏压，电子会穿过真空势垒形成隧道电流。隧道电流对探针与样品之间的距离极其敏感，距离稍有变化，隧道电流就会发生明显变化。通过压电陶瓷控制探针在样品表面扫描，并检测隧道电流或探针高度变化，就可以得到样品表面的原子级形貌。

STM 的测量对象：
主要用于测量导体或半导体表面，因为它依靠隧道电流，绝缘体一般不能直接测量。

STM 的测量模式：

1. 恒电流模式
   通过反馈系统调节探针高度，使隧道电流保持恒定。记录探针在 z 方向的高度变化，即得到表面形貌。
   特点：适合表面起伏较大的样品，使用较安全，是常用模式。
2. 恒高度模式
   探针高度基本保持不变，扫描时记录隧道电流的变化，用电流变化反映表面形貌。
   特点：扫描速度快，适合非常平整的表面，但样品起伏大时探针容易碰撞样品。

可以简记为：
STM 靠隧道电流测表面；恒电流看高度变化，恒高度看电流变化。

二、原子力显微镜 AFM

原子力显微镜 AFM 的原理：
AFM 是利用探针针尖与样品表面原子之间的相互作用力来测量表面形貌的仪器。探针固定在微悬臂梁上，当针尖接近样品表面时，针尖与样品之间会产生范德华力、排斥力、静电力等作用力，使悬臂梁发生弯曲或振动变化。通过光学杠杆法等方法检测悬臂梁的微小变形，再由反馈系统控制探针与样品之间的距离，就可以得到样品表面的三维形貌。

AFM 的测量对象：
AFM 不依靠隧道电流，所以不仅能测导体、半导体，也能测绝缘体、陶瓷、高分子、生物材料等。

AFM 的测量模式：

1. 接触模式
   探针与样品表面保持轻微接触，利用原子间排斥力进行测量。
   特点：信号强、分辨率较高，但横向摩擦力较大，容易损伤软材料表面。
2. 非接触模式
   探针不直接接触样品，而是在样品表面上方振动，利用吸引力变化测量表面形貌。
   特点：对样品损伤小，适合软材料和易损表面，但分辨率和稳定性受环境影响较大。
3. 轻敲模式 / 间歇接触模式
   探针以一定频率振动，周期性轻轻接触样品表面，通过振幅、相位或频率变化得到表面形貌。
   特点：既能减少横向摩擦，又能获得较好分辨率，是 AFM 中很常用的模式。

可以简记为：
AFM 靠原子间作用力测表面；模式有接触、非接触、轻敲。

三、STM 与 AFM 对比

最短背诵版

STM 利用量子隧道效应，在导电探针和导电样品之间加偏压产生隧道电流。隧道电流对针尖与样品距离极其敏感，通过扫描并记录隧道电流或探针高度变化得到表面形貌。STM 主要有恒电流模式和恒高度模式。

AFM 利用探针针尖与样品表面原子之间的相互作用力，使微悬臂梁发生弯曲或振动变化，通过检测悬臂梁变形并进行反馈控制得到表面形貌。AFM 可测导体、半导体和绝缘体，主要有接触模式、非接触模式和轻敲模式。