第七章原子力显微镜

1、第七章第七章原子力显微镜原子力显微镜电子探针分析之二电子探针分析之二 一一. .引言引言 由于由于扫描隧道显微镜只能观察导体和半导体的表面结构，扫描隧道显微镜只能观察导体和半导体的表面结构，对于非导电材料必须在其表面覆盖一层导电膜。导电膜的存对于非导电材料必须在其表面覆盖一层导电膜。导电膜的存在往往掩盖了样品的表面结构的细节。为了弥补扫描隧道显在往往掩盖了样品的表面结构的细节。为了弥补扫描隧道显微镜的这一不足，微镜的这一不足，19861986年年BinnigBinnig、QuateQuate和和GerberGerber发明了第一发明了第一台原子力显微镜（台原子力显微镜（AFMAFM）。）。 原

2、子力显微镜是将一个对微弱力极敏感的微悬臂一端固原子力显微镜是将一个对微弱力极敏感的微悬臂一端固定，另一端有一微小的针尖，针尖与样品的表面轻轻接触，定，另一端有一微小的针尖，针尖与样品的表面轻轻接触，由于针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的作用力由于针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的作用力（斥力（斥力1010-8-81010-6-6N N或范德瓦尔斯力），通过扫描时控制这种力或范德瓦尔斯力），通过扫描时控制这种力的恒定，带有针尖的微悬臂将对应于针尖与样品表面原子间的恒定，带有针尖的微悬臂将对应于针尖与样品表面原子间作用力的等位面而在垂直于样品的表面方向起伏运动。利用作用力的等位面而在垂

3、直于样品的表面方向起伏运动。利用光学检测法和隧道电流检测法，可以测得微悬臂对应于扫描光学检测法和隧道电流检测法，可以测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化，从而可以获得样品的表面形貌信息。各点的位置变化，从而可以获得样品的表面形貌信息。二二. 特点：特点：1.AFM1.AFM（Atomic Force MicroscopeAtomic Force Microscope）是以）是以STMSTM为基础，和为基础，和STMSTM为类似技术的扫描探针显微镜，它是通过研究样品表为类似技术的扫描探针显微镜，它是通过研究样品表面与针尖原子间的作用力同距离的关系而获得样品表面面与针尖原子间的作用力同距离的关系而获

4、得样品表面形貌信息的显微术。形貌信息的显微术。2.2.它不象它不象STMSTM使用金属探针，而是使用一个尖端附有探针的使用金属探针，而是使用一个尖端附有探针的极灵敏的弹簧臂来作力敏元件，称之为微悬臂。当微悬极灵敏的弹簧臂来作力敏元件，称之为微悬臂。当微悬臂接近样品表面时，探针和样品表面原子力将产生相互臂接近样品表面时，探针和样品表面原子力将产生相互作用。作用。3.3.当距样品较远时（当距样品较远时（0.2nm0.2nm10nm10nm），主要是范德瓦尔斯力），主要是范德瓦尔斯力（Van Der WaalsVan Der Waals Force Force，简称，简称VDWVDW）起作用；）起作

5、用；4.4.距离较近时主要是排斥力起作用。排斥力的大小取决于针距离较近时主要是排斥力起作用。排斥力的大小取决于针尖与样品表面的原子的接近程度。尖与样品表面的原子的接近程度。原子原子间范德瓦尔斯力间范德瓦尔斯力和和距离的关系距离的关系三三. AFM . AFM 的结构及工作原理的结构及工作原理 在在AFMAFM工作时，探针尖端的原子同样品表面的原子将工作时，探针尖端的原子同样品表面的原子将产生相互作用，该相互作用使微悬臂发生形变或使其运产生相互作用，该相互作用使微悬臂发生形变或使其运动发生变化，这一变化可使用电学或光学的办法探测出动发生变化，这一变化可使用电学或光学的办法探测出来，变化的大小反映

6、相互作用的大小。来，变化的大小反映相互作用的大小。（一）隧道电流法检测的原子力显微镜（一）隧道电流法检测的原子力显微镜 图图6-16-1为使用隧道电流检测的原子力显微镜结构原理为使用隧道电流检测的原子力显微镜结构原理示意图。示意图。1. 1. 结构组成结构组成 主要由探头、扫描装置、计算机及显示终端等几部分主要由探头、扫描装置、计算机及显示终端等几部分组成。组成。（1 1）探头：）探头：包括微悬臂、隧道电流探针、样品室、机械调包括微悬臂、隧道电流探针、样品室、机械调整装置和压电陶瓷管等。整装置和压电陶瓷管等。（2 2）扫描装置：）扫描装置：一般有两种扫描方式，一种为恒流模式；一般有两种扫描方式

7、，一种为恒流模式；另一种为恒高模式。另一种为恒高模式。（3 3）计算机处理及显示终端。）计算机处理及显示终端。2.2.原子力显微镜的工作原理原子力显微镜的工作原理v 当微悬臂上的探针在样品表面当微悬臂上的探针在样品表面X X和和Y Y方向作相对扫描时，方向作相对扫描时，因为样品表面是凹凸不平的，探针与样品表面的原子间的相因为样品表面是凹凸不平的，探针与样品表面的原子间的相互作用力也随之发生变化，导致探针和微悬臂一起上下起伏，互作用力也随之发生变化，导致探针和微悬臂一起上下起伏，微悬臂的起伏与样品表面原子力等位面相对应，亦即和样品微悬臂的起伏与样品表面原子力等位面相对应，亦即和样品表面的形貌相对

8、应。对于恒高模式，在微悬臂上下起伏的过表面的形貌相对应。对于恒高模式，在微悬臂上下起伏的过程中，隧道电流针尖与微悬臂之间的隧道电流随之变化，检程中，隧道电流针尖与微悬臂之间的隧道电流随之变化，检测此隧道电流即获得样品表面的形貌信息。对于恒流模式，测此隧道电流即获得样品表面的形貌信息。对于恒流模式，在微悬臂上下起伏的过程中，隧道电流针尖随之也在微悬臂上下起伏的过程中，隧道电流针尖随之也 上下起上下起伏，检测此隧道电流针尖在伏，检测此隧道电流针尖在Z Z方向的移动，即获得样品表面方向的移动，即获得样品表面的形貌信息。将这些信息进行模数转换并送入计算机进行处的形貌信息。将这些信息进行模数转换并送入计

9、算机进行处理，即可获得样品表面的超微结构图象或原子分布图。理，即可获得样品表面的超微结构图象或原子分布图。（二）光学偏转法检测的原子力显微镜（二）光学偏转法检测的原子力显微镜1.结构原理图：结构原理图： 右图为激光右图为激光偏转检测法示意偏转检测法示意图，其结构组成图，其结构组成分为三个部分：分为三个部分：力检测部分、力检测部分、位置检测部分、位置检测部分、反馈系统。反馈系统。 微悬臂通常由一微悬臂通常由一个一般个一般100100500m500m长和大约长和大约500nm500nm5m5m厚的硅片或氮化厚的硅片或氮化硅片制成。硅片制成。 1.1 1.1 力检测部分力检测部分 在原子力显微镜（在

10、原子力显微镜（AFMAFM）的系统中，所要检测的力是原）的系统中，所要检测的力是原子与原子之间的斥力或范德华力。所以在本系统中是使用微子与原子之间的斥力或范德华力。所以在本系统中是使用微小悬臂（小悬臂（cantilevercantilever）来检测原子之间力的变化量。微悬臂）来检测原子之间力的变化量。微悬臂通常由一个一般通常由一个一般 100100500m 500m 长和大约长和大约 500nm500nm5m 5m 厚的厚的硅片或氮化硅片制成。微悬臂顶端有一个尖锐针尖，用来检硅片或氮化硅片制成。微悬臂顶端有一个尖锐针尖，用来检测样品针尖间的相互作用力。这微小悬臂有一定的规格，测样品针尖间的相

11、互作用力。这微小悬臂有一定的规格，例如：长度、宽度、弹性系数以及针尖的形状，而这些规格例如：长度、宽度、弹性系数以及针尖的形状，而这些规格的选择是依照样品的特性，以及操作模式的不同，而选择不的选择是依照样品的特性，以及操作模式的不同，而选择不同类型的探针。同类型的探针。右图是一典型的右图是一典型的AFMAFM悬臂和针尖悬臂和针尖1.2 1.2 位置检测部分位置检测部分 在原子力显微镜（在原子力显微镜（AFMAFM）的系统中，当针尖与样品之间）的系统中，当针尖与样品之间有了交互作用之后，会使得悬臂有了交互作用之后，会使得悬臂cantilevercantilever摆动，所以当摆动，所以当激光照射

12、在微悬臂的末端时，其反射光的位置也会因为悬激光照射在微悬臂的末端时，其反射光的位置也会因为悬臂摆动而有所改变，这就造成偏移量的产生。在整个系统臂摆动而有所改变，这就造成偏移量的产生。在整个系统中是依靠激光光斑位置检测器将偏移量记录下并转换成电中是依靠激光光斑位置检测器将偏移量记录下并转换成电的信号，以供的信号，以供SPMSPM控制器作信号处理。控制器作信号处理。 右图是激光位置检测器的示意图。右图是激光位置检测器的示意图。聚焦到微悬臂上面的激光反射到激光位聚焦到微悬臂上面的激光反射到激光位置检测器，通过对落在检测器四个象限置检测器，通过对落在检测器四个象限的光强进行计算，可以得到由于表面形的光

13、强进行计算，可以得到由于表面形貌引起的微悬臂形变量大小，从而得到貌引起的微悬臂形变量大小，从而得到样品表面的不同信息。样品表面的不同信息。1.3 1.3 反馈系统反馈系统 在原子力显微镜（在原子力显微镜（AFMAFM）的系统中，将信号经由激光检）的系统中，将信号经由激光检测器取入之后，在反馈系统中会将此信号当作反馈信号，测器取入之后，在反馈系统中会将此信号当作反馈信号，作为内部的调整信号，并驱使通常由压电陶瓷管制作的扫作为内部的调整信号，并驱使通常由压电陶瓷管制作的扫描器做适当的移动，以保持样品与针尖保持一定的作用力。描器做适当的移动，以保持样品与针尖保持一定的作用力。2.光学偏转法检测的原子

14、力显微镜的原理光学偏转法检测的原子力显微镜的原理 半导体激光器所发激光经准直聚焦后半导体激光器所发激光经准直聚焦后 照到微悬臂的背照到微悬臂的背面，微悬臂的背面镀有金膜，相当于一面反射镜，经微悬面，微悬臂的背面镀有金膜，相当于一面反射镜，经微悬臂反射的激光束照到一个二象限光电探测器上。样品固定臂反射的激光束照到一个二象限光电探测器上。样品固定在压电陶瓷管上，并一起随压电陶瓷管在扫描电路控制下在压电陶瓷管上，并一起随压电陶瓷管在扫描电路控制下沿沿X X，Y Y方向扫描，并且在方向扫描，并且在Z Z方向可以伸缩。如果微悬臂探针方向可以伸缩。如果微悬臂探针同样品间的相互作用使微悬臂在同样品间的相互作

15、用使微悬臂在Z Z方向产生位移，那么反射方向产生位移，那么反射束将在二象限光电探测器上移动。在二象限光电探测器中束将在二象限光电探测器上移动。在二象限光电探测器中两个光电管的交界处，光斑的移动同二象限信号的差值有两个光电管的交界处，光斑的移动同二象限信号的差值有良好的线性关系，取二象限信号差值作为表面形貌信息。良好的线性关系，取二象限信号差值作为表面形貌信息。 三三.AFM.AFM 操作模式操作模式1.1.接接触触式式 (contact mode) (contact mode) 2.2.非非接触接触式式 (non-contact mode)(non-contact mode)（亦即（亦即 VD

16、W VDW 模式）模式）3.3.轻轻敲式敲式 (tapping mode or intermittent contact (tapping mode or intermittent contact mode) mode) 4 4. .相移模式相移模式 将一个对微弱力极敏感的微悬臂的一端固定，另一端有一将一个对微弱力极敏感的微悬臂的一端固定，另一端有一微小的针尖，针尖与样品表面轻轻接触。由于针尖尖端原子微小的针尖，针尖与样品表面轻轻接触。由于针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的排斥力（与样品表面原子间存在极微弱的排斥力（1010-8-81010-6-6N N），由），由于样品表面起伏不平而使

17、探针带动微悬臂弯曲变化，而微悬于样品表面起伏不平而使探针带动微悬臂弯曲变化，而微悬臂的弯曲又使得光路发生变化，使得反射到激光位置检测器臂的弯曲又使得光路发生变化，使得反射到激光位置检测器上的激光光点上下移动，检测器将光点位移信号转换成电信上的激光光点上下移动，检测器将光点位移信号转换成电信号并经过放大处理，由表面形貌引起的微悬臂形变量大小是号并经过放大处理，由表面形貌引起的微悬臂形变量大小是通过计算激光束在检测器四个象限中的强度差值（通过计算激光束在检测器四个象限中的强度差值（A A+ +B B）- -（C C+ +D D）得到的。将这个代表微悬臂弯曲的形变信号反馈至电）得到的。将这个代表微悬

18、臂弯曲的形变信号反馈至电子控制器驱动的压电扫描器，调节垂直方向的电压，使扫描子控制器驱动的压电扫描器，调节垂直方向的电压，使扫描器在垂直方向上伸长或缩短，从而调整针尖与样品之间的距器在垂直方向上伸长或缩短，从而调整针尖与样品之间的距离，使微悬臂弯曲的形变量在水平方向扫描过程中维持一定，离，使微悬臂弯曲的形变量在水平方向扫描过程中维持一定，也就是使探针样品间的作用力保持一定。在此反馈机制下，也就是使探针样品间的作用力保持一定。在此反馈机制下，记录在垂直方向上扫描器的位移，探针在样品的表面扫描得记录在垂直方向上扫描器的位移，探针在样品的表面扫描得到完整图像之形貌变化，这就是接触模式。到完整图像之形

19、貌变化，这就是接触模式。1.1.接触模式接触模式恒力模式：恒力模式：在恒力模式中，反馈系统控制压电陶瓷管，保在恒力模式中，反馈系统控制压电陶瓷管，保持探针同样品作用力不变；恒力模式不但可以用来测量表持探针同样品作用力不变；恒力模式不但可以用来测量表面起伏比较大的样品，也可以在原子水平上观测样品。面起伏比较大的样品，也可以在原子水平上观测样品。恒高模式：恒高模式：在恒高模式下，保持探针同样品的距离不变。在恒高模式下，保持探针同样品的距离不变。恒高模式一般只用来观测比较平坦的样品表面。恒高模式一般只用来观测比较平坦的样品表面。2.AFM2.AFM的非接触模式的非接触模式 在这种工作模式下，在这种工

20、作模式下，AFMAFM微悬臂工作在距离样品较远的微悬臂工作在距离样品较远的地方，一般为，在这样远的距离上二者没有电子云重叠发生，地方，一般为，在这样远的距离上二者没有电子云重叠发生，此时主要是此时主要是VDWVDW在起作用。由于在起作用。由于VDWVDW及及VDWVDW的梯度均较小，所的梯度均较小，所以要采用谐振的办法来检测，即将微悬臂安装在一个压电陶以要采用谐振的办法来检测，即将微悬臂安装在一个压电陶瓷片上使微悬臂在其谐振频率上振动，当微悬臂上的针尖在瓷片上使微悬臂在其谐振频率上振动，当微悬臂上的针尖在样品表面上作相对扫描时，样品表面上作相对扫描时，VDWVDW发生改变，发生改变，VDWVD

21、W的改变使微悬的改变使微悬臂的运动发生变化，产生臂的运动发生变化，产生“相移相移”或振幅改变，测得这个或振幅改变，测得这个“相移相移”或振幅改变即可获得或振幅改变即可获得VDWVDW梯度，积分后可得梯度，积分后可得VDWVDW。VDWVDW随着微悬臂上针尖和样品之间的相对运动而变化，将这随着微悬臂上针尖和样品之间的相对运动而变化，将这种种VDWVDW的变化转换为形貌即得样品表面的超微结构或原子分的变化转换为形貌即得样品表面的超微结构或原子分布图象。布图象。 3.3.轻敲模式轻敲模式 用一个小压电陶瓷元件驱动微悬臂振动，其振动频率恰好高于探针的用一个小压电陶瓷元件驱动微悬臂振动，其振动频率恰好高

22、于探针的最低机械共振频率（最低机械共振频率（50kHz50kHz）。由于探针的振动频率接近其共振频率，）。由于探针的振动频率接近其共振频率，因此它能对驱动信号起放大作用。当把这种受迫振动的探针调节到样品表因此它能对驱动信号起放大作用。当把这种受迫振动的探针调节到样品表面时（通常面时（通常2 220nm20nm），探针与样品表面之间会产生微弱的吸引力。这种），探针与样品表面之间会产生微弱的吸引力。这种吸引力会使探针的共振频率降低，驱动频率和共振频率的差距增大，探针吸引力会使探针的共振频率降低，驱动频率和共振频率的差距增大，探针尖端的振幅减少。这种振幅的变化可以用激光检测法探测出来，据此可推尖端的

23、振幅减少。这种振幅的变化可以用激光检测法探测出来，据此可推出样品表面的起伏变化。出样品表面的起伏变化。 当探针经过表面隆起部位时，这些地方吸引力最强，其振幅变小；而当探针经过表面隆起部位时，这些地方吸引力最强，其振幅变小；而经过表面凹陷处时，其振幅增大，反馈装置根据探针尖端振动情况的变化经过表面凹陷处时，其振幅增大，反馈装置根据探针尖端振动情况的变化而改变加在而改变加在Z Z轴压电陶瓷上的电压，从而使振幅（也就是使探针与样品表轴压电陶瓷上的电压，从而使振幅（也就是使探针与样品表面的间距）保持恒定。同面的间距）保持恒定。同STMSTM和接触模式和接触模式AFMAFM一样，用一样，用Z Z驱动电压

24、的变化来驱动电压的变化来表征样品表面的起伏图像。表征样品表面的起伏图像。 在该模式下，扫描成像时针尖对样品进行在该模式下，扫描成像时针尖对样品进行“敲击敲击”，两者间只有瞬间，两者间只有瞬间接触，克服了传统接触模式下因针尖被拖过样品而受到摩擦力、粘附力、接触，克服了传统接触模式下因针尖被拖过样品而受到摩擦力、粘附力、静电力等的影响，并有效的克服了扫描过程中针尖划伤样品的缺点，适合静电力等的影响，并有效的克服了扫描过程中针尖划伤样品的缺点，适合于柔软或吸附样品的检测，特别适合检测有生命的生物样品。于柔软或吸附样品的检测，特别适合检测有生命的生物样品。4 4 相移模式相移模式 作为轻敲模式的一项重

25、要的扩展技术，相移模式是通过检作为轻敲模式的一项重要的扩展技术，相移模式是通过检测驱动微悬臂探针振动的信号源的相位角与微悬臂探针实际振测驱动微悬臂探针振动的信号源的相位角与微悬臂探针实际振动的相位角之差（即两者的相移）的变化来成像。动的相位角之差（即两者的相移）的变化来成像。 引起该相移的因素很多，引起该相移的因素很多，如样品的组分、硬度、粘弹如样品的组分、硬度、粘弹性质等。因此利用相移模式，性质等。因此利用相移模式，可以在纳米尺度上获得样品可以在纳米尺度上获得样品表面局域性质的丰富信息。表面局域性质的丰富信息。迄今相移模式已成为原子力迄今相移模式已成为原子力显微镜的一种重要检测技术。显微镜的

26、一种重要检测技术。例：云母表面的例：云母表面的AFMAFM像像扫描范围：扫描范围：5nm5nm X方向扫描速度为方向扫描速度为30Hz云母表面结构图云母表面结构图光盘表面的光盘表面的AFMAFM图图扫描范围扫描范围3.2um3.2um,X方向的扫描速度方向的扫描速度30Hz原子搬运原子搬运扫描范围：扫描范围：47nm24nm红细胞红细胞的原子力显微镜形貌图的原子力显微镜形貌图1.1.磁力显微镜（磁力显微镜（MFMMFM） 磁力显微镜（磁力显微镜（Magnetic Force Microscopy,MFMMagnetic Force Microscopy,MFM）也是使用一种受迫振动的探针来扫描

27、样品表面，所不同也是使用一种受迫振动的探针来扫描样品表面，所不同的是这种探针是沿着其长度方向磁化了的镍探针或铁探的是这种探针是沿着其长度方向磁化了的镍探针或铁探针。当这一振动探针接近一块磁性样品时，探针尖端就针。当这一振动探针接近一块磁性样品时，探针尖端就会像一个条状磁铁的北极和南极那样，与样品中磁畴相会像一个条状磁铁的北极和南极那样，与样品中磁畴相互作用而感受到磁力，并使其共振频率发生变化，从而互作用而感受到磁力，并使其共振频率发生变化，从而改变其振幅。这样检测探针尖端的运动，就可以进而得改变其振幅。这样检测探针尖端的运动，就可以进而得到样品表面的磁特性。到样品表面的磁特性。几种其它扫描探针

28、显微镜几种其它扫描探针显微镜下图为使用下图为使用MFMMFM观察得到的磁光盘表面的磁数据位的磁结构观察得到的磁光盘表面的磁数据位的磁结构（凹坑伏）。（凹坑伏）。2.2.静电力显微镜（静电力显微镜（EFMEFM） 在静电力显微镜（在静电力显微镜（Electron Force Microscopy, EFM）中，针尖和样品起到一个平行的板极电）中，针尖和样品起到一个平行的板极电容器中两块极板的作用。当其在样品表面扫描时，容器中两块极板的作用。当其在样品表面扫描时，其振动的振幅受到样品中电荷产生的静电力的影其振动的振幅受到样品中电荷产生的静电力的影响。利用这一现象，就可以通过扫描时获得的静响。利用这

29、一现象，就可以通过扫描时获得的静电力图象来研究样品的表面信息。下图为电力图象来研究样品的表面信息。下图为2.5mX2.5m2.5mX2.5m的蓝宝石表面的蓝宝石表面EFMEFM图象，其中左面图象，其中左面一幅图象用排斥力获得，右面一幅图用吸引的静一幅图象用排斥力获得，右面一幅图用吸引的静电力获得。电力获得。3.3.弹道电子发射显微术（弹道电子发射显微术（BEEMBEEM） 弹道电子发射显微镜是在扫描隧道显微镜的弹道电子发射显微镜是在扫描隧道显微镜的基础上发展起来的，它所用的样品是由金属基础上发展起来的，它所用的样品是由金属/ /半半导体或半导体导体或半导体/ /半导体构成的肖特基势垒异质结。半

30、导体构成的肖特基势垒异质结。当针尖被调节到接近异质结表面时通过真空隧当针尖被调节到接近异质结表面时通过真空隧道效应，针尖向金属道效应，针尖向金属/ /半导体发射弹道电子。通半导体发射弹道电子。通过观察针尖扫描时各点的基极过观察针尖扫描时各点的基极- -收集极电流收集极电流I Ic c和和Z Z电压电压V Vz z，可以直接得到表面下界面结构的三维图，可以直接得到表面下界面结构的三维图象和表面形貌。右图为象和表面形貌。右图为Au/GaAs(100)Au/GaAs(100)肖特基势肖特基势垒结构的垒结构的STMSTM形貌象（上）和形貌象（上）和BEEMBEEM象（下），二象（下），二者是同时采集的

31、。者是同时采集的。4.4.扫描离子电导显微镜（扫描离子电导显微镜（SICMSICM） 扫描离子电导显微镜是由扫描离子电导显微镜是由HansmaHansma等人设计的一种用等人设计的一种用于生物学和电生理学研究的微观探测仪器。它是将一个于生物学和电生理学研究的微观探测仪器。它是将一个充满电解液的微型滴管当作探针，非导电样品放在一个充满电解液的微型滴管当作探针，非导电样品放在一个电解液存储池底部，将滴管探针调节到样品表面附近，电解液存储池底部，将滴管探针调节到样品表面附近，监测电解液电极和存储池中另一电极之间的电导变化。监测电解液电极和存储池中另一电极之间的电导变化。当微型滴管接近表面时，允许离子

32、流过的空间减少，离当微型滴管接近表面时，允许离子流过的空间减少，离子电导也随之减小。在滴管探针（或样品）横向扫描时，子电导也随之减小。在滴管探针（或样品）横向扫描时，通过反馈控制电路使探针（或样品）上下移动以保持电通过反馈控制电路使探针（或样品）上下移动以保持电导守恒，则探针运动的轨迹代表了样品的表面形貌。导守恒，则探针运动的轨迹代表了样品的表面形貌。5.5.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。扫描热显微镜的探针是一根

33、表面覆盖有镍层的钨丝，化。扫描热显微镜的探针是一根表面覆盖有镍层的钨丝，镍层与钨丝之间是绝缘体，在尖端二者相连，这一钨镍层与钨丝之间是绝缘体，在尖端二者相连，这一钨/ /镍接点起热电偶的作用。探针稳定到样品表面后，向结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，针尖的温度稳定下来时要比周围环境点通直流电加热，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，导热性能比空气好，所以当温度高。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，针尖的热量向样品流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。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。面轮廓。6.6.扫描隧道电位仪（扫描隧道电位仪（STPSTP） 扫描隧道电位仪（扫描隧道电位仪（Scanning Tunneling Scanning Tunneling Potentionmetry,STPPotent