其他扫描探针显微镜技术与应用

扫描探针显微镜的种类有几十种之多，一些主要的类型如下。

1.扫描热显微镜（SThM）　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，两者在探针尖端相连。这一钨/镍接点起热电偶的作用。探针移动到样品表面后，向结点通直流电加热，针尖的温度稳定后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，获得样品表面起伏的状况。

2.磁力显微镜（MFM）　磁力显微镜是根据针尖和样品之间的范德华力来进行扫描成像。而针尖和样品间的相互作用还包括静电力、磁力、摩擦力等。在此基础上，人们根据需要对磁力显微镜的探针或微悬臂进行改进以适应不同的测量目的。

图3-59　不同样品表面的力—距离曲线

磁相互作用是长程的磁偶极作用，如果磁力显微镜的探针具有铁磁性，当磁针尖在磁性材料表面上方扫描时，就能感受到磁性材料表面杂散磁场的磁作用力。探测磁力梯度的分布就能得到相应的表面磁结构信息。

磁力量微镜的分辨率高，样品制备较容易，能在大气、常温下测量，可适用于所有的磁性材料。它不需要特殊的制样技术，由于磁场可穿透覆盖层，因此样品表面甚至可以裹镀一层非磁性薄层。

3.摩擦力显微镜（FFM）　摩擦力显微镜又称横向力显微镜（LFM），是在原子力显微镜基础上发展起来的具有很高分辨率的研究表面微观摩擦的工具。在摩擦力显微镜的接触模式中，利用四象限光电监测器同步记录探针的垂直及水平位移，就可以在获得样品表面形貌的同时获得样品表面的摩擦力性质。(www.xing528.com)

它常被用于样品表面结构成分分析、表面润滑特性分析、表面摩擦力测量等。两物体表面间的摩擦力依赖于两物体表面的化学和机械相互作用，样品化学组成的变化会导致摩擦力的改变，因此通过摩擦力显微镜检测样品表面的摩擦力变化就可获得样品的化学组成。图3-60显示的是某复合材料的原子力显微镜形貌图和摩擦力显微镜摩擦力图。在图3-60（a）的形貌图中，能看到因化学组成不同而引起的淡淡条纹；在图3-60（b）的摩擦力图中能清晰地显示出复合材料表面不同化学组成所引起的摩擦力变化。

图3-60　某复合材料的原子力显微镜形貌图和摩擦力显微镜摩擦力图

目前，摩擦力显微镜测量的大都是样品表面不同区域的相对摩擦力值，绝对摩擦力测量的精确性和重复性仍需进一步提高。

4.静电力显微镜（EFM）　在静电力显微镜中，针尖和样品相当于一个平板电容器中的两块极板。当针尖在样品表面扫描时，其振动的振幅受到样品中电荷产生的静电力影响。利用这一现象，可通过扫描时获得的静电力图像来研究样品的表面信息。

5.扫描近场光学显微镜（SNOM）　扫描近场光学显微镜（scanning near-field optical microscopy，SNOM），又称近场扫描光学显微镜（NSOM），其优点是能在纳米尺度上探测样品的光学信息，还能获得荧光对比度、偏振对比度、折射率对比度、吸收对比度、光谱对比度等信息。

6.扫描离子电导显微镜（SICM）　扫描离子电导显微镜是一种用于生物学和电生物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。当微型滴管接近样品表面时，允许离子流过的空间减少，离子电导也随之减少。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导守恒，则探针运动的轨迹代表了样品的表面形貌。

7.弹道电子发射显微镜（BEEM）　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/半导体或半导体/半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，通过真空隧道效应，针尖向金属/半导体发射弹道电子。通过观察针尖扫描时各点的基极—集电流Ic和Z电压Vz，可以直接得到表面下界面结构的三维图像和表面形貌。