结构分析24STM0658.pptx

2.5 扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜(STM)STM 是扫描探针显微镜是扫描探针显微镜(SPM)的一种。是用一尖锐的传感器的一种。是用一尖锐的传感器探针在样品表面上方扫描来探针在样品表面上方扫描来“感知感知”检测样品表面性质检测样品表面性质,并不用并不用物镜来成像。物镜来成像。扫描隧道显微镜的发明扫描隧道显微镜的发明1982年，国际商业机器公司苏黎世实验室的葛年，国际商业机器公司苏黎世实验室的葛.宾尼宾尼GBinnig博士和海博士和海.罗雷尔罗雷尔HRohrer博士及其同事们博士及其同事们共同研制成功了世界第一台新型的表面分析仪器共同研制成功了世界第一台新型的表面分析仪器扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜(STM)。它的出现，使人类第一次能够实时地观察单个原子物它的出现，使人类第一次能够实时地观察单个原子物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理、化质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理、化学性质，被国际公认为学性质，被国际公认为80年代世界十大科技成就之一。年代世界十大科技成就之一。为此，为此，1986年，宾尼博士和罗雷尔与发明电子显微镜年，宾尼博士和罗雷尔与发明电子显微镜的鲁斯卡获诺贝尔物理学奖。的鲁斯卡获诺贝尔物理学奖。以以STM为基础，为基础，GBinnig 等于等于1985年又发明了可用年又发明了可用于绝缘体检测、分析的原子力显微镜于绝缘体检测、分析的原子力显微镜(AFM)。2.5.1 STM的特点的特点项目项目分辨率分辨率工作环境工作环境样品环样品环境温度境温度对样品对样品的破坏的破坏STM原子级原子级(垂直垂直0.01nm)(横向横向0.1nm)实环境实环境,大气大气,溶液溶液,真空真空室温室温,高高温温,低温低温无无TEM点分辨率点分辨率(0.3-0.5nm)晶格分辨率晶格分辨率(0.1-0.2nm)高真空高真空室温室温小小SEM6-10 nm高真空高真空室温室温小小FIM原子级原子级超高真空超高真空30-80K有有表表1 STM与与TEM、SEM、FIM某些方面的比较某些方面的比较与其它表面分析技术相比，与其它表面分析技术相比，STM具有其自身的特点：具有其自身的特点：1)具有原子级高分辨率。具有原子级高分辨率。扫描隧道显微镜在平行和垂直于样品表面方向扫描隧道显微镜在平行和垂直于样品表面方向(横向和纵向横向和纵向)的分的分辨率分别为辨率分别为 0.1nm和和 0.01nm。可以分辨出单个原子。可以分辨出单个原子。这这是是中中国国科科学学院院化化学学所所的的科科技技人人员员利利用用纳纳米米加加工工技技术术在在石石墨墨表表面面通通过过搬搬迁迁碳碳原原子子而而绘绘制制出出的的世世界界上上最最小小的的中中国国地图。地图。2)可实时得到实空间中样品表面的三维图像。可实时得到实空间中样品表面的三维图像。可可用用于于具具有有周周期期性性或或不不具具备备周周期期性性的的表表面面结结构构的的研研究究，这这种种可可实时观察的性能可用于表面扩散等动态过程的研究实时观察的性能可用于表面扩散等动态过程的研究3)可可以以观观察察单单个个原原子子层层的的局局部部表表面面结结构构，而而不不是是对对体体相相或或整整个个表表面面的的平平均均性性质质，因因而而可可直直接接观观察察到到表表面面缺缺陷陷、表表面面重重构构、表表面面吸吸附附体体的的形形态态和和位位置置以以及及由由吸吸附附体引起的表面重构等体引起的表面重构等 为为了了得得到到表表面面清清洁洁的的硅硅片片单单质质材材料料，要要对对硅硅片片进进行行高高温温加加热热和和退退火火处处理理，在在此此过过程程中中硅硅表表面面的的原原子子进进行行重重新新组组合合，结结构构发发生较大变化，这就是所谓的重构。生较大变化，这就是所谓的重构。硅硅111面面7 7原子重构象原子重构象4)可可在在真真空空、大大气气，常常温温、高高温温等等不不同同环环境境下下工工作作，甚甚至至可可将将样样品品浸浸在在水水或或其其它它溶溶液液中中。不不需需要要特特别别的的制制样样技技术术并并且且探探测测过过程对样品无损伤程对样品无损伤这这些些特特点点特特别别适适用用于于研研究究生生物物样样品品和和在在不不同同实实验验条条件件下下对对样样品品表表面面的的评评价价，例例如如对对于于多多相相催催化化机机理理、电电化化学学反反应应过过程程中中电电极极表面变化的监测等。表面变化的监测等。下下图图所所示示的的是是在在电电解解液液中中得得到到的的硫硫酸酸根根离离子子吸吸附附在在铜铜单单晶晶(111)表表面面的的STM图图象象。图图中中硫硫酸酸根根离离子子吸吸附附状状态的一级和二级结构清晰可见。态的一级和二级结构清晰可见。液体中观察原子图象液体中观察原子图象6)利利用用STM针针尖尖，可可实实现现对对原原子子和和分分子子的的移移动动和和操操纵纵，这为纳米科技的全面发展奠定了基础这为纳米科技的全面发展奠定了基础5)配配合合扫扫描描隧隧道道谱谱(STS)可可以以得得到到有有关关表表面面电电子子结结构构的的信信息息，如如表表面面电电子子阱阱、电电荷荷密密度度波波、表表面面势势垒垒的的变变化和能隙结构等化和能隙结构等1990年年，IBM公公司司的的科科学学家家展展示示了了一一项项令令世世人人瞠瞠目目结结舌舌的的成成果果，他他们们在在金金属属镍镍表表面面用用35个个惰惰性性气气体体氙氙原原子子组成组成“IBM”三个英文字母。三个英文字母。2.5.2 STM工作原理工作原理STM工工作作原原理理：当当探探针针与与样样品品表表面面间间距距小小到到纳纳米米级级时时,经经典典力力学学认认为为探探针针与与样样品品是是不不导导电电的的;但但量量子子力力学学认认为为,由由于于探探针针尖尖端端的的原原子子与与样样品品表表面面的的原原子子具具波波动动性性,两两者者的的波波函函数数会会发发生生重重叠叠,因因此此探探针针与与样样品品表表面面之之间间会会产产生生电电流流,该该电电流流称称隧隧道道电电流流,通通过过检检测测隧隧道道电流来反映样品表面形貌及结构。电流来反映样品表面形貌及结构。*2.5.3 STM制样技术制样技术*2.5.3.1 影响因素影响因素探针针尖的尺寸、形状及化学同一性不仅影响显微图像的分辨探针针尖的尺寸、形状及化学同一性不仅影响显微图像的分辨率，而且影响原子的电子态的测定、分析。率，而且影响原子的电子态的测定、分析。若针尖最尖端只有一个稳定的原子若针尖最尖端只有一个稳定的原子(单原子锋单原子锋)，则能够获得原，则能够获得原子级分辨率的图像。子级分辨率的图像。探针通常用探针通常用0.10.3 nm的铂铱合金丝或钨丝经电化学腐蚀制作，的铂铱合金丝或钨丝经电化学腐蚀制作，通过适当处理，可获得具有单原子峰的针尖。通过适当处理，可获得具有单原子峰的针尖。样品的清洁处理也是获得原子分辨图像的关键。样品的清洁处理也是获得原子分辨图像的关键。针针尖尖的的宏宏观观结结构构应应使使得得针针尖尖具具有有高高的的弯弯曲曲共共振振频频率率，从从而而可可以以减减少少相相位位滞滞后后，提提高高采采集集速速度度。如如果果针针尖尖的的尖尖端端只只有有一一个个稳稳定定的的原原子子而而不不是是有有多多重重针针尖尖，那那么么隧隧道道电电流流就就会会很很稳稳定定，而而且且能能够够获获得得原原子子级级分分辨辨的的图图象象。针针尖尖的的化化学学纯纯度度高高，就就不不会会涉涉及及系系列列势势垒垒。例例如如，针针尖尖表表面面若若有有氧氧化化层层，则则其其电电阻阻可可能能会会高高于于隧隧道道间间隙隙的的阻阻值值，从从而而导导致致针针尖尖和和样样品品间间产产生生隧隧道道电电流流之之前前，二者就发生碰撞。二者就发生碰撞。目前制备针尖的方法主要有电化学腐蚀法、机械成型法等。目前制备针尖的方法主要有电化学腐蚀法、机械成型法等。制备针尖的材料主要有金属钨丝、铂制备针尖的材料主要有金属钨丝、铂-铱合金丝等。钨针尖的制铱合金丝等。钨针尖的制备常用电化学腐蚀法。而铂备常用电化学腐蚀法。而铂-铱合金针尖则多用机械成型法，一铱合金针尖则多用机械成型法，一般直接用剪刀剪切而成。不论哪一种针尖，其表面往往覆盖着般直接用剪刀剪切而成。不论哪一种针尖，其表面往往覆盖着一层氧化层，或吸附一定的杂质，这经常是造成隧道电流不稳、一层氧化层，或吸附一定的杂质，这经常是造成隧道电流不稳、噪音大和扫描隧道显微镜图象的不可预期性的原因。因此，每噪音大和扫描隧道显微镜图象的不可预期性的原因。因此，每次实验前，都要对针尖进行处理，一般用化学法清洗，去除表次实验前，都要对针尖进行处理，一般用化学法清洗，去除表面的氧化层及杂质，保证针尖具有良好的导电性。面的氧化层及杂质，保证针尖具有良好的导电性。*2.5.3.2 测量用样品测量用样品1)光栅样品光栅样品 理理想想的的光光栅栅表表面面形形貌貌如如图图，为为1mX1m的的光光栅栅表表面面形形貌貌图图。使使用用扫扫描描隧隧道道显显微微镜镜，对对于于这这种种已已知知的的样样品品，很很容容易易测测得得它它的的表表面面形形貌貌的的信信息息。新新鲜鲜的的光光栅栅表表面面没没有有缺缺陷陷，若若在在测测量量过过程程中中发发生生了了撞撞针针现现象象，则则容容易易造造成成人人为为的的光光栅栅表表面面的的物物理理损损坏坏，或或者者损损坏坏扫扫描描针针尖尖。在在这这种种情情况况下下往往往往很很难难得得到到清清晰晰的的扫扫描描图图象象。此此时时，除除了了采采取取重重新新处处理理针针尖尖措措施施外外，适适当当的的改改变变一一下下样样品品放放置的位置，选择适当的区域进行扫描也是必要的。置的位置，选择适当的区域进行扫描也是必要的。2)石墨样品石墨样品当当用用扫扫描描隧隧道道显显微微镜镜扫扫描描原原子子图图象象时时，通通常常选选用用石石墨墨作作为为标标准准样样品品。石石墨墨中中原原子子排排列列呈呈层层状状，而而每每一一层层中中的的原原子子则则呈呈周周期期排排列列，表表面面形形貌貌如如右右图图。由由于于石石墨墨在在空空气气中中容容易易氧氧化化，因因此此在在测测量量前前应应首首先先将将表表面面一一层层揭揭开开(通通常常用用粘粘胶胶带带纸纸粘粘去去表表面面层层)，露露出出石石墨墨的的新新鲜鲜表表面面，再再进进行行测测量量。因因为为此此时时要要得得到到的的是是原原子子的的排排列列图图象象，而而任任何何一一个个外外界界微微小小的的扰扰动动，都都会会造造成成严严重重的的干干扰扰。因因此此，测测量量原原子子必必须须在在一一个个安安静静、平平稳稳的的环环境境中中进进行行，对仪器的抗震及抗噪声能力的要求也较高。对仪器的抗震及抗噪声能力的要求也较高。3)未知样品未知样品 通过对已知样品的测量，我们可以确定针尖通过对已知样品的测量，我们可以确定针尖制备的好坏，选择一个较好的针尖，对未知样制备的好坏，选择一个较好的针尖，对未知样品进行测量。通过对扫描所得的图象进行各种品进行测量。通过对扫描所得的图象进行各种图象处理，来分析未知样品的表面形貌信息。图象处理，来分析未知样品的表面形貌信息。*2.5.3.3 实验方法提示实验方法提示(1)将将一一短短长长约约三三厘厘米米的的铂铂铱铱合合金金丝丝放放在在丙丙酮酮中中洗洗尽尽，取取出出后后用用经经丙丙酮酮清清洗洗的的剪剪刀刀剪剪尖尖，在在放放入入丙丙酮酮中中洗洗几几下下(在在此此后后的的实实验验中中干干万万不不要要碰碰针针尖尖！)。将将探探针针后后部部略略微微弯弯曲曲，插插入入头头部部的的金金属属管中固定，针尖露出头部约管中固定，针尖露出头部约5毫米。毫米。(2)将将样样品品放放在在样样品品台台上上，应应保保持持良良好好的的电电接接触触。将将下下部部两两个个螺螺旋旋测测微微头头向向上上旋旋起起，然然后后把把头头部部轻轻轻轻放放在在之之加加上上(要要确确保保针针尖尖与与头头部部间间有有一一段段距距离离)，头头部部两两边边用用弹弹簧簧扣扣住住。小小心心的的调调节节螺螺旋旋测微头，在针尖与样品间距约为测微头，在针尖与样品间距约为05mm处停住。处停住。(3)运运行行STM工工作作软软件件，扫扫开开控控制制箱箱，将将“隧隧道道电电流流”置置为为05 nA，“针针尖尖偏偏压压”置置为为50 mV，“积积分分”置置为为5.0，点点击击“自自动动进进 至至马马达达自自动动停停止止。金金的的扫扫描描范范围围置置为为800-900 nm，光光栅栅的的是是3000 nm左左右右。开开始始扫扫描描。可可点点击击“调调色色板板适适应应”以以便便得得到到合合适适的的图图像像对对比比度度，并并调调节节扫扫描描角角度度和和速速度度，直直到到获获得得满满意的图像为止。意的图像为止。一一般般，观观察察到到的的金金的的表表面面由由团团簇簇组组成成，而而光光栅栅的的表表面面一一般般比较平整，条纹刻痕较浅，在不同角度观察到的方向不同。比较平整，条纹刻痕较浅，在不同角度观察到的方向不同。(4)实实验验结结束束后后，一一定定要要 用用“马马达达控控制制”的的“连连续续退退”操操作作 将将针尖退回，然后再关闭实验系统。针尖退回，然后再关闭实验系统。(5)STM仪仪器器比比较较精精致致，而而且且价价格格昂昂贵贵，操操作作过过程程中中动动作作一一定定要要轻，避免造成设备损坏。轻，避免造成设备损坏。2.5.4 STM的应用的应用 1)STM最初主要用于观测半导体表面的结构缺陷与杂最初主要用于观测半导体表面的结构缺陷与杂质。质。2)目前，已在材料科学、物理、化学、生命科学及微目前，已在材料科学、物理、化学、生命科学及微电子等领域得到了广泛的应用。如用于金属、半导体电子等领域得到了广泛的应用。如用于金属、半导体和超导体等的表面几何结构与电子结构及表面形貌分和超导体等的表面几何结构与电子结构及表面形貌分析。析。3)与大气扫描隧道显微境相比，超高真空与大气扫描隧道显微境相比，超高真空STM具有更具有更广的应用范围和更高的使用价值。因为它可以原位观广的应用范围和更高的使用价值。因为它可以原位观察、分析表面吸附和催化，研究表面外延生长和界面察、分析表面吸附和催化，研究表面外延生长和界面状态等。状态等。4)超高真空高温超高真空高温STM还可以观察分析相变及上述各种还可以观察分析相变及上述各种现象的动力学过程。现象的动力学过程。5)此外，由于扫描隧道显微镜的问世使人们观察和移此外，由于扫描隧道显微镜的问世使人们观察和移植固体表面原子成为可能，在此基础上导致了一个新植固体表面原子成为可能，在此基础上导致了一个新的交叉学科的交叉学科原子技术原子技术(或称原子工艺或称原子工艺)的出现。原子的出现。原子技术指用扫描隧道显微技术或其它方法在原子尺度技术指用扫描隧道显微技术或其它方法在原子尺度(纳纳米尺度米尺度)对材料的加工和制备。对材料的加工和制备。6)STM局限性：局限性：不能探测样品的深层信息、范围小，不能探测样品的深层信息、范围小，探针质量依赖于操作者的经验等。探针质量依赖于操作者的经验等。2.5.5 2.5.5 STM在在LB膜领域的应用膜领域的应用 图图1818为为聚聚酰酰亚亚胺胺(18)LB膜膜的的形形貌貌及及分分子子排排列列结结构构。STM图图象象表表明明，所所制制备备的的LB膜膜的的聚聚合合链链排排列列有有序序,链链间间距距即即横横向向周周期期约约0.7 nm,纵纵向向上上所所谓谓的的“之之”字字型型结结构构的的周周期期为为1.1 nm。这这些些数数值值与根据分子面积在理论上所预估的结果相符。与根据分子面积在理论上所预估的结果相符。欧阳健明欧阳健明.LB膜原理与应用膜原理与应用,暨南大学出版社暨南大学出版社,1999.图图18 18 聚聚酰酰亚亚胺胺LBLB膜膜的的STMSTM图像图像 八八-4-(四四氢氢糠糠氧氧基基)双双酞酞菁菁钕钕Pc2NdH(O(CH2)3CHCH2O)在在石石英英基基底底上上的的3层层LB膜膜形形貌貌。可可以以看看到到6个个独独立立的的分分子子簇簇，它它们们之之间间紧紧密密排排列列且且界界线线分分明明，通通过过分分子子簇簇中中心心的的最最短短距距离离从从0.40 nm到到0.98 nm不不等等，表表明明一一个个分分子子簇簇就就是是一一个个分分子子的的多多聚聚体体，分分子子随随机分布且不能覆盖基底。机分布且不能覆盖基底。欧阳健明欧阳健明.LB膜原理与应用膜原理与应用,暨南大学出版社暨南大学出版社,1999.图图4-194-19 PcPc2 2NdHO(CHNdHO(CH2 2)3 3CHCHCHCH2 2OO8 8(91)3(91)3层层LBLB膜的膜的STMSTM图像图像 *2.5.6 在在STM基础上发展的基础上发展的其它其它新型显微镜新型显微镜在在STM出出现现以以后后，又又陆陆续续发发展展了了一一系系列列新新型型的的扫扫描描探探针针显显微微镜镜，例如，例如，原子力显微镜原子力显微镜(AFM)、激光力显微镜激光力显微镜(LFM)、磁力显微镜磁力显微镜(MFM)、弹道电子发射显微镜弹道电子发射显微镜(BEEM)、扫描离子电导显微镜扫描离子电导显微镜(SICM)、扫描热显微镜扫描热显微镜、扫描隧道电位仪扫描隧道电位仪(STP)等。等。这这些些新新型型的的显显微微镜镜，都都利利用用了了反反馈馈回回路路控控制制探探针针在在距距离离样样品品表表面面1nm处处或或远远离离样样品品表表面面扫扫描描(或或样样品品相相对对于于探探针针扫扫描描)的的工工作作方方式式，用用来来获获得得扫扫描描隧隧道道显显微微镜镜不不能能获获得得的的有有关关表表面面的的各各种种信信息息，对对STM的功能有所补充和扩展。的功能有所补充和扩展。1)激光力显微镜激光力显微镜(LFM)激激光光力力显显微微镜镜的的探探针针是是一一根根长长半半毫毫米米的的钨钨丝丝或或硅硅探探针针，其其尖尖端端至至少少在在50nm以以下下，在在探探针针的的底底端端装装有有一一个个压压电电能能量量转转换换器器，将将交交流流电电转转化化为为探探针针的的振振动动，当当探探针针的的振振动动频频率率接接近近其其共共振振频频率率时时，由由于于探探针针的的共共振振，对对驱驱动动信信号号起起放放大大作作用用。把把这这种种受受迫迫振振动动的的探探针针调调节节到到试试样样表表面面时时(220nm)，探探针针与与试试样样表表面面之之间间会会产产生生微微弱弱的的吸吸引引力力，使使探探针针的的共共振振频频率率降降低低，驱驱动动频频率率和和共共振振频频率率的的差差距距增增大大，探探针针的的尖尖端端振振幅幅减减小小。将将这这种种振振幅幅的的变变化化用用光光学学测测量量法法探探测测出出来来，据据此此可可推推出出样样品品表表面面的的起起伏伏变变化化。左左图图为为硅硅表表面面各各向向异异性性刻刻蚀蚀出出的的1m宽宽V型型槽槽的的LFM象象，放放大大部部位位面积为面积为1mX1m。2)磁力显微镜磁力显微镜(MFM)磁磁力力显显微微镜镜(Magnetic Force Microscopy,MFM)也也是是使使用用一一种种受受迫迫振振动动的的探探针针来来扫扫描描样样品品表表面面，所所不不同同的的是是这这种种探探针针是是沿沿着着其其长长度度方方向向磁磁化化了了的的镍镍探探针针或或铁铁探探针针。当当这这一一振振动动探探针针接接近近一一块块磁磁性性样样品品时时，探探针针尖尖端端就就会会像像一一个个条条状状磁磁铁铁的的北北极极和和南南极极那那样样，与与样样品品中中磁磁畴畴相相互互作作用用而而感感受受到到磁磁力力，并并使使其其共共振振频频率率发发生生变变化化，从从而而改改变变其其振振幅幅。这这样样检检测测探探针针尖尖端端的的运运动动，就就可可以以进进而而得得到到样样品品表表面面的的磁磁特特性性。右右图图为为使使用用MFM观观察察得得到到的磁光盘表面的磁数据位的磁结构的磁光盘表面的磁数据位的磁结构(凹坑伏凹坑伏)。3)静电力显微镜静电力显微镜(EFM)在在静静电电力力显显微微镜镜中中，针针尖尖和和样样品品起起到到一一个个平平行行的的板板极极电电容容器器中中两两块块极极板板的的作作用用。当当其其在在样样品品表表面面扫扫描描时时，其其振振动动的的振振幅幅受受到到样样品品中中电电荷荷产产生生的的静静电电力力的的影影响响。利利用用这这一一现现象象，就就可可以以通通过过扫扫描描时时获获得得的的静静电电力力图图象象来来研研究究样样品品的的表表面面信信息息。左左图图为为2.5mX2.5m的的蓝蓝宝宝石石表表面面EFM图图象象，其其中中左左面面一一幅幅图图象象用用排排斥斥力力获获得得，右面一幅图用吸引的静电力获得。右面一幅图用吸引的静电力获得。4)弹道电子发射显微术弹道电子发射显微术(BEEM)弹弹道道电电子子发发射射显显微微镜镜是是在在扫扫描描隧隧道道显显微微镜镜的的基基础础上上发发展展起起来来的的，它它所所用用的的样样品品是是由由金金属属/半半导导体体或或半半导导体体/半半导导体体构构成成的的肖肖特特基基势势垒垒异异质质结结。当当针针尖尖被被调调节节到到接接近近异异质质结结表表面面时时通通过过真真空空隧隧道道效效应应，针针尖尖向向金金属属/半半导导体体发发射射弹弹道道电电子子。通通过过观观察察针针尖尖扫扫描描时时各各点点的的基基极极-收收集集极极电电流流Ic和和Z电电压压Vz，可可以以直直接接得得到到表表面面下下界界面面结结构构的的三三维维图图象象和和表表面面形形貌貌。右右图图为为Au/GaAs(100)肖肖特特基基势垒结构的势垒结构的STM形貌象形貌象(上上)和和BEEM象象(下下)，二者是同时采集的。，二者是同时采集的。5)扫描离子电导显微镜扫描离子电导显微镜(SICM)扫扫描描离离子子电电导导显显微微镜镜是是由由Hansma等等人人设设计计的的一一种种用用于于生生物物学学和和电电生生理理学学研研究究的的微微观观探探测测仪仪器器。它它是是将将一一个个充充满满电电解解液液的的微微型型滴滴管管当当作作探探针针，非非导导电电样样品品放放在在一一个个电电解解液液存存储储池池底底部部，将将滴滴管管探探针针调调节节到到样样品品表表面面附附近近，监监测测电电解解液液电电极极和和存存储储池池中中另另一一电电极极之之间间的的电电导导变变化化。当当微微型型滴滴管管接接近近表表面面时时，允允许许离离子子流流过过的的空空间间减减少少，离离子子电电导导也也随随之之减减小小。在在滴滴管管探探针针(或或样样品品)横横向向扫扫描描时时，通通过过反反馈馈控控制制电电路路使使探探针针(或或样样品品)上上下下移移动动以以保保持持电电导导守守恒恒，则则探探针针运运动动的的轨轨迹迹代代表表了了样样品品的的表面形貌。表面形貌。6)扫描热显微镜扫描热显微镜 扫描热显微镜用于探测样品表面的热量散失，可测出样品扫描热显微镜用于探测样品表面的热量散失，可测出样品表面温度在几十微米尺度上小于万分之一度的变化。扫描热显表面温度在几十微米尺度上小于万分之一度的变化。扫描热显微镜的探针是一根表面覆盖有镍层的钨丝，镍层与钨丝之间是微镜的探针是一根表面覆盖有镍层的钨丝，镍层与钨丝之间是绝缘体，在尖端二者相连，这一钨绝缘体，在尖端二者相连，这一钨/镍接点起热电偶的作用。探镍接点起热电偶的作用。探针稳定到样品表面后，向结点通直流电加热，针尖的温度稳定针稳定到样品表面后，向结点通直流电加热，针尖的温度稳定下来时要比周围环境温度高。由于样品是固体，导热性能比空下来时要比周围环境温度高。由于样品是固体，导热性能比空气好，所以当加热后的针尖向样品表面靠近时，针尖的热量向气好，所以当加热后的针尖向样品表面靠近时，针尖的热量向样品流失使针尖的温度下降。通过反馈回路调节针尖与样品间样品流失使针尖的温度下降。通过反馈回路调节针尖与样品间距，从而控制恒温扫描，和获得样品表面起伏的状况。右图为距，从而控制恒温扫描，和获得样品表面起伏的状况。右图为用扫描热显微镜获得的在玻璃基底上的红细胞表面轮廓。用扫描热显微镜获得的在玻璃基底上的红细胞表面轮廓。7)扫描隧道电位仪扫描隧道电位仪(STP)扫描隧道电位仪扫描隧道电位仪(Scanning Tunneling Potentionmetry,STP)是用于研究电子通过凝聚是用于研究电子通过凝聚态物质时的迁移。它可以同时表面形貌的电势态物质时的迁移。它可以同时表面形貌的电势分布，因而可以用来研究通过颗粒结构、缺陷分布，因而可以用来研究通过颗粒结构、缺陷和界面的电导。扫描隧道电位仪是在扫描隧道和界面的电导。扫描隧道电位仪是在扫描隧道显微镜的样品表面又加了一个电极，样品与针显微镜的样品表面又加了一个电极，样品与针尖之间加一交流电压，反馈系统利用这一交流尖之间加一交流电压，反馈系统利用这一交流电压产生的交流隧道电流来控制在扫描时隧道电压产生的交流隧道电流来控制在扫描时隧道间隙的恒定。间隙的恒定。8)光子扫描隧道显微镜光子扫描隧道显微镜(PSTM)光子扫描隧道显微镜光子扫描隧道显微镜(Photon Scanning Tunneling Microscope,PSTM)是用光学探针探是用光学探针探测样品表面附近被内全反射光所激励的瞬衰场，测样品表面附近被内全反射光所激励的瞬衰场，从而获得表面结构的信息，即它是利用光子的从而获得表面结构的信息，即它是利用光子的隧道效应。隧道效应。9)扫描近场光学显微镜扫描近场光学显微镜(SNONM)扫描近场光学显微镜扫描近场光学显微镜(Scanning Near-Field Optical Microscope,SNOM),使用一个孔阑限制的光纤探针去使用一个孔阑限制的光纤探针去探测样品附近的辐射。将光探针以恒高模式在样品表探测样品附近的辐射。将光探针以恒高模式在样品表面扫描，可以得到光的显微图象。如果用电子反馈线面扫描，可以得到光的显微图象。如果用电子反馈线路调节探针的高度来保持光强的恒定，则得到样品表路调节探针的高度来保持光强的恒定，则得到样品表面的形貌。面的形貌。