有效的隔振解决方案,消除AFM噪声

在行业,如生物工程,材料科学和纳米技术,其中高灵敏度的设备和仪器,例如扫描探针显微镜(SPM中)时,即使痕量的振动噪音的影响的图像和数据的质量。

扫描探针显微术中使用的探针种类繁多,收集的信息可以有多种形式,包括形貌、元素组成、电导率等。为了准确地记录和测量数据,仪器必须在探头、级和探测器之间保持一致的距离。

由于这些技术对环境扰动敏感,一般的SPM需要某种形式的隔振。取决于许多因素,如噪声(声,振动和电磁噪声),热波动,应用领域的环境的水平,和使用的设备的类型,被动或主动振动隔离系统建议来消除AFM噪音


扫描探针显微镜(SPM)

扫描探针显微镜(SPM)通过在表面光栅的样品的探针,以获得信息进行操作。有一个宽范围中使用的SPM探针和聚集可以采取多种形式中的信息 - 地形,元素组成,导电性等 - 取决于所使用的探针的类型。


扫描隧道显微镜(STM)TS-150与STM

扫描隧道显微镜(STM)是第一种类型的SPM的待开发。第一STM是由研究人员在IBM在1981年STM通过使原子级尖锐尖端(通常钨)到邻近接触的样品,然后施加偏压到其产生的隧道电流的末端操作开发的。由于尖端在表面上光栅化,电流的电平进行比较的参考电平,并产生样品的表面的地形。STM成像可以在开放空气中或在超高真空腔室(UHV-STM)来执行。

STM使研究人员能够看到的样品在那个从来没有可能之前的分辨率级别。现在他们可以看到和操纵单个原子。这是毫不夸张地说,STM的发展彻底改变了纳米技术研究领域。它不仅提供了新的功能本身,而是通过建立一些SPM的基本概念,STM被证明是显微镜的新领域奠定了基础。


原子力显微镜(AFM)TS-140上的Veeco多模-圭尔夫- 2

原子力显微镜(AFM)是使用最广泛的SPM技术。AFM通过拖动超细机械探针,称为前端,穿过一个样品的表面进行操作。而不是实际接触样品,尖端自带样品和相互作用与样品表面的原子力的表面附近。尖端被附接到一个悬臂,其被偏转为在样品表面上的尖端栅格。激光被反射离开悬臂的背面并进入检测器,其收集的信息作为探测移动并产生样品的图像。所得到的图像提供在一个非常高的水平分辨率对样品的形貌极好的图。除了原始接触模式如上所述,许多其它操作模式已经被开发为AFM,包括非接触模式,轻敲模式,和力调制。

第一个商业化的原子力显微镜在1988年成为可自那时起,AFM已经发展成为最重要的工具,使纳米技术的研究之一。AFM已经上升到突出,因为它的易用性,并收集在纳米尺度高精度地形数据无可比拟的能力的。原子力显微镜现在在大学科技部门和大型企业的研发部门司空见惯。AFM的新应用不断被开发,如使用AFM技术,诊断和研究癌细胞。


锚有源隔离和无源隔离的AFM性能比较
TS-150 Veeco多模性能比较


性能比较

使用干涉术成像的AFM探针。尖端悬浮在空气中,以测量到达探头的噪音量。这段视频是在以下条件下测量应用的质量:无隔振;使用光学表;并采用Herzan TS188188bet 体育 滚球-150主动隔振台。

可以观察到,噪声到达探头已全部消除。


这是从三楼实验室在威斯康星 - 麦迪逊大学,材料科学中心


锚典型应用


其他类型的SPM

自第一台扫描探针显微镜问世以来,SPM原理已应用于一系列新技术中。扫描近场光学显微镜(SNOM或NSOM)利用一个带孔径的尖端作为光学探针,提供具有良好空间分辨率和光谱信息的图像。扫描离子电导显微镜(SICM)在非接触模式下使用充满电解质的带电移液管测量样品的形貌和离子电流。SICM在生物应用方面特别有用。Dip Pen纳米蚀刻(DPN)将扫描探针技术应用到光刻中,利用悬臂和尖端将材料沉积到基材上。


锚环境挑战

扫描探针显微镜技术对环境干扰非常敏感。这种灵敏度是在极高的精度和仪器本身的机械结构下操作的结果。为了获得准确的数据,仪器必须在探头、级和探测器之间保持一致的距离。即使很小的AFM噪声水平也会破坏组件之间的空间关系,导致数据不准确。

带有可见噪声的AFM图像AFM高度WO隔离

SPM中需要某种形式的隔振。SPM通常不是大规模的仪器,所以他们很容易被连正常的环境振动激励。此外,由于其易用性,的SPM被部署在各种环境中,从高度控制研究实验室到生产环境。一些的SPM利用被动振动控制机制,如蹦极系统和气动工作台。精度最高的应用程序需要主动振动控制。振动测量设备应当用于确定在安装之前在仪器的最佳位置。

同样的因素,使SPM对振动敏感也让他们对噪音和气流敏感。使用在露天的SPM是不可取的。隔音罩可以在样品的水平进行部署,在仪器本身的设计,或围绕整个测试设置。苛刻的SPM应用需要隔音围绕特定工具的要求而设计的抽油烟机高性能。

其他环境挑战包括控制热波动。材料根据温度的不同表现不同,这会对测量的可重复性产生负面影响。电子控制可能是AFM噪声的另一个来源。测量材料电导和电性能的SPMs需要隔离杂散电磁干扰(EMI)。

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性能比较- TS-150和负刚度系统
综合噪声地板- TS和负刚度隔振器性能的比较-点击放大