Computer station to run the Veeco Software.
The Veeco Dimension 3000 AFM.
Setup station for cantilever inspection.
Atomic-force microscopy (AFM) or scanning-force Microscopy (SFM) is a very-high-resolution type of scanning probe microscopy (SPM), with demonstrated resolution on the order of fractions of a nanometer, more than 1000 times better than the optical diffraction limit[1].

Introduction

The Veeco Dimension 3000 atomic force microscope (AFM-shown on the right) is used to analyze a variety of sample sizes and types. It can function in air or liquid, making it useful for biological studies. The sample is placed on a stage which moves in the x, y, and z directions via piezoelectric elements. A cantilever with a microscopic tip moves like a spring over the surface of the sample. A laser beam reflected off the end of the cantilever is recorded on photodiodes, producing an image of the surface topography. Cantilevers vary in size from 3-100 µm with tip radii of 10-30 nm. The size of the tip and flexibility of the cantilever contribute to the high resolution of the image, which can reach 10 pm. The operating modes of the AFM (contact, non-contact, and tapping) and lateral force microscopy allow the user to access a variety of functions of the microscope. In addition to imaging, the AFM can measure the strength of inter-atomic forces and can sense the presence of individual surface atoms.[2]

背景参考_


有关MTU AFM 的特定链接

安全

用户损坏设备、样品或使用的工具的可能性远大于用户受伤的可能性。因此,重要的是要小心设备、样品和悬臂,因为它们很脆弱。

所需设备

  1. 原子力显微镜
  2. 探头支架
  3. 悬臂
  4. 样本

Calibration & Tolerances

初始设置

  1. 登录日志
  2. 登录电脑
  3. 按以下顺序打开电源
    1. JVC 监视器
    2. 原子力显微镜灯
    3. AFM 控制器盒
  4. 从 AFM 上取下防尘罩
  5. 启动软件:Nanoscope
  6. 按实时图标开始使用 AFM。
  7. 通过单击显微镜菜单加载正确的配置文件
  8. 将悬臂装入探头支架并连接到 AFM(注意不要碰撞任何东西)

Alignment

  1. 通过按下定位尖端图标来定位悬臂的尖端。
  2. 调整显微镜上的旋钮,直到悬臂末端位于 JVC 监视器上的十字线中。
  3. 将焦点放在轨迹球上以聚焦悬臂末端,然后单击“确定”存储该位置
  4. 使用 AFM 头顶部的旋钮将激光对准悬臂末端,以获得可能的最高总和(通常约为 4)
  5. 使用 AFM 头侧面的旋钮调整光电二极管上的激光点。
    1. 敲击模式时,电脑屏幕上的红点应在十字准线的中心,垂直位移在+-0.1V以内
    2. 对于接触模式,红点应为横向(+-0.1V),垂直位移为~-2V
  6. 如果使用轻敲模式,自动调整悬臂以确保它是可用的悬臂(应比较生成的图表)
  7. 返回图像模式并检查以确保 RMS(均方根)值介于 1.9 和 2.1 之间

Operation & Procedure

操作

  1. 选择焦点表面图标并按住焦点以向上/向下移动 AFM 头。
  2. 使用轨迹球在 xy 平面中移动舞台(长距离保持锁定)。
  3. 您可能需要卸下载物台以腾出更多空间来装载样品。
  4. 将样品加载到舞台上。
  5. 首先小心地降低 AFM 头,进行较大的调整,但在头接近样品时切换到精细调整。观察 JVC 显示器上的悬臂(使图像聚焦)和 AFM 头本身以防止崩溃。
  6. 移动到您想要成像的样品上的干净区域。对于反射或透明样品,将焦点放在样品边缘,然后向内移动以防止悬臂碰撞。
  7. 调整扫描参数,这些在很大程度上取决于所需的数据质量
    1. 扫描尺寸:1-10微米
    2. 扫描速率:0.555-1Hz
    3. 样本/线(分辨率):256 或 512
    4. 慢速扫描轴:启用
  8. 根据需要调整通道 1-3(通常只需要通道 1 和 2 的高度和幅度)

参与和获取图像

  1. 通过接合尖端图标接合尖端,这将降低悬臂尖端,直到它与样品接触。
  2. 从电机菜单中选择步进电机(调整此步进电机值将影响悬臂伸出或缩回的程度)
    1. 必须缓慢而小心地进行向上或向下倾斜调整,因为过多的伸展会损坏悬臂,而过多的收缩会妨碍数据收集。
    2. 向上按尖端以缩回,向下按以伸展,目标是尽可能接近 0V。
  3. 单击 Scope Trace 图标并调整反馈控件
    1. 将幅度设置点(1.1V 对我来说效果很好)设置为一个值,该值会导致示波器跟踪中生成的图形恰好位于接触的位置(如果没有接触,图形将显示为水平线)。
      1. 该值越低,悬臂敲击的力度越大。
      2. 更改通道上的数据比例以有效地查看图表
      3. 正确时,图形应该匹配,但要偏移。
    2. 设置积分增益(0.10 对我来说效果很好)以优化图像的平滑度。
    3. 将比例增益设置为积分增益的 1.5 倍。
  4. 图像参数设置完成后,单击向下箭头图标再次扫描,但从图像顶部开始。
  5. 单击捕获菜单并选择捕获文件名,键入所需的文件名并接受。
  6. 单击捕获菜单并选择捕获撤回,这会导致悬臂在图像完成后停止扫描。
  7. 扫描停止后,如有必要,移动到样品上的另一个位置并从单击向下箭头图标开始重复此过程。

Modifying Images

  1. Click the Offline icon to view and modify captured images
  2. Select your image from the list
  3. Click Image menu and select either the right or left image, select Modify, select Flatten, select Execute, then save the image.
  4. Erase scanlines when they are present, they average the line above and below which may alter data significantly if many exist.
  5. Select any of the image types, for general analysis exporting the roughtness, section analysis, surface plot, and overall(both channels) is ideal for data gathering.
  6. Click the Utility menu for exporting options
    1. Reverse the background to obtain a white background for exporting images(ideal for publishing). Ensure that you save in the E drive folder(your name should be the folder name)

Shutdown

  1. If necessary withdraw the cantilever
  2. Click the Focus Surface icon and raise the AFM head to max position to provide ease of access to the sample.
  3. If needed unload the sample to provide more room to work.
  4. Remove the sample.
  5. Exit the nanoscope software.
  6. Turn off the AFM control box
  7. Turn off the JVC monitor
  8. Turn off the AFM light
  9. Replace dust cover over AFM for protection
  10. sign out of logbook.


Tricks

1. 

Often thin film materials, or materials which are transparent are samples measured by the AFM. This method to measure these materials only works when the sample is deposited over a transparent substrate such as a glass slide.

定向载玻片,使要测量的样品区域悬浮在开放空间中,其余部分固定在 AFM 基板上。这消除了载玻片对电视监视器图像造成的光学干扰。最终结果是可以观察到非常薄的层(<20nm)的边缘,从而可以完成 AFM 悬臂的准确定位。

参考

页面数据
作者亚当普林格尔
发表2016 年
执照CC-BY-SA-4.0
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