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        1. 掃描探針顯微鏡納米加工系統

          ? ? ? ?基于原子力顯微鏡(AFM)或掃描探針顯微鏡(SPM)的納米加工功能,充分發揮納米尺度的探針針尖對樣品可控作用,實施納米尺度的加工。有別于通常概念,基于掃描探針顯微鏡的納米加工,其”加工“實際上是廣義的,不只指對樣品表面的機械刻畫,還包括通過針尖可控吸附對樣品表面的改性或移動、操縱、搬運(如在樣品表面移動納米顆粒等),甚至包括通過在針尖施加在納米尺度上高度局域的電場誘導樣品表面可控的物理化學變化(如氧化、極化等)。

          ? ? ? ?本原納米儀器的掃描探針顯微鏡納米加工系統具有以下特點:

          • 精確的路徑位移定位
          • 自定義圖形加載功能
          • 可以在納米級尺度上加工任意需要的復雜結構
          • 圖形刻蝕模式?? ? 

          ? ? ? ?在掃描探針顯微鏡中,納米加工和操縱是與掃描成像交替進行的,全過程持續時間長,對儀器的控制精度和線性度(決定探針的真實運動軌跡)、儀器穩定性和重復性(決定能否在加工或操縱完成后對其結果進行原位檢測)要求很高,換言之,儀器是否具備納米加工功能,不僅是單純的功能差別,也從另一個方面反映了性能的高低,具備納米加工功能的儀器,無論是精度還是穩定性,都具有較高的水平。

          ? ? ? ?以下就基于本原掃描探針顯微鏡(SPM)/原子力顯微鏡(AFM)的常用的納米加工技術(模式)加以說明:

          圖形化刻蝕模式

          ? ? ? ?利用用電致刻蝕技術,可以在納米級尺度上加工任意需要的復雜結構。 ??
          ? ? ? ?電致刻蝕主要由一個施加在樣品與表面間的脈沖電壓引起,當所加電壓超過閾值時,暴露在電場下的樣品表面會發生化學或物理變化。這些變化或者可逆或者不可逆,其機理可以直接歸因于電場效應,高度局域化的強電場可以誘導原子的場蒸發,也可以由電流焦耳熱或原子電遷移引起樣品表面的變化。通過控制脈沖寬度和脈幅可以限制刻蝕表面的橫向分辨率,這些變化通常不僅表現在表面形貌上,通過檢測其導電性、dI/dS、dI/dV、摩擦力還可以分辨出襯底的修飾情況。

          ? ? ? ?下圖為研究人員在本原的原子力顯微鏡上采用該技術在Si表面進行納米加工得到的結果:

          AFM納米加工——電致刻蝕

          壓痕/機械刻畫

          ? ? ? ?操縱微探針以可控的作用力對樣品表面進行局域施壓,使樣品發生彈性/塑性形變;也可在施壓的同時,控制探針以一定的路徑和速度在樣品運動,對樣品進行機械刻畫。

          ? ? ? ?基于掃描探針顯微鏡(SPM)系統的壓痕/機械刻畫功能,為在納米尺度上評價材料的機械和運動性能,或在樣品表面構建特定的納米結構提供了一種方便實用的研究手段。

          ? ? ? ?下圖為研究人員在本原的原子力顯微鏡上采用該技術在聚碳酸酯表面進行納米加工得到的結果:

          AFM納米加工-機械刻畫AFM納米加工壓痕

          DPN浸潤筆模式

          ? ? ? ?浸潤筆(Dip-Pen Nanolithography,DPN)利用已作過分子修飾的探針,通過控制探針與樣品間的相互作用條件,來實現探針針尖到樣品表面的分子傳輸。DPN的原理如下圖所示:

          AFM納米加工浸潤筆

          ? ? ? ?DPN實際上是一種簡便的從探針針尖到樣品表面的輸運分子的方法,其分辨率可媲美電子束刻蝕等方法,對納米器件的功能化更為有用矢量掃描模式。

          ? ? ? ?下圖為研究人員在本原的原子力顯微鏡上采用該技術在云母表面進行納米加工得到的結果:

          AFM納米加工——浸潤筆

          矢量掃描模式

          ? ? ? ?系統提供一個向量腳本編譯器,允許用戶任意指定掃描方向、距離、速度及加工參數(如作用力、電流、電壓等),直接操縱探針運動,同時靈活測定各種信號和數據。矢量掃描模式的原理如下圖所示:

          AFM納米加工矢量掃描

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