原子力顯微鏡

蘇州飛時曼精密儀器有限公司的FM-Nanoview6800原子力顯微鏡的主要技術指標
1、工作模式：接觸、輕敲、相位、摩擦力、磁力或靜電力
2、樣品尺寸：Φ≤90mm，H≤20mm
3、大掃描范圍：橫向50um，縱向5um
4、掃描分辨率：橫向0.2nm，縱向0.05nm
5、掃描速率：0.6Hz~4.34Hz
6、掃描角度：任意
7、樣品移動范圍：0～20mm
8、馬達趨近脈沖寬度：10±2ms
9、光學放大倍數：10X
10、光學分辨率：1um
11、圖像采樣點：256×256，512×512
12、掃描控制：XY采用18-bit D/A，Z采用16-bit D/A
13、數據采樣：14-bit A/D、雙16-bit A/D多路同步采樣
14、反饋方式：DSP數字反饋
15、反饋采樣速率：64.0KHz
16、計算機接口：USB2.0
17、運行環境：運行于Windows98/2000/XP/7/8操作系統

蘇州飛時曼精密儀器有限公司的FM-Nanoview6800原子力顯微鏡的儀器構成
打開原子力顯微鏡木質包裝箱后，請仔細檢查儀器整機和裝機附件是否齊全。本儀器的裝機附件主要包括以下部分，請仔細核對。
1.儀器操作使用說明書1份（圖1.1）
2.三端交流電源線1根（圖1.2）   
3.USB數據線1根（圖1.3）
4.附件盒1個（圖1.4）
5.軟件和驅動光盤1個（圖1.5）
6.彎頭鑷子1把（圖1.6）
7.平口鑷子1把（圖1.7）
8.光柵和DVD樣品各1個（圖1.8）
9.樣品基片10個（圖1.9）
10.輕敲探針5根（圖1.10）
11.接觸探針5根（圖1.11）
12.探針架1個（圖1.12）

  圖1.2 圖1.3 圖1.4

  圖1.5 圖1.6 圖1.7

  圖1.8 圖1.9 圖1.10                            

  圖1.11 圖1.12                      

本儀器為體式原子力顯微鏡，其硬件基本構成如圖1.13所示。

圖1.13 儀器整機結構組成

蘇州飛時曼精密儀器有限公司的FM-Nanoview6800原子力顯微鏡主要功能點
硬件系統
1、光機電體化設計，外形結構簡單；
2、掃描探頭和樣品臺集成體，抗干擾能力強；
3、精密激光檢測及探針定位裝置，光斑調節簡單，操作方便；
4、采用樣品趨近探針方式，使針尖垂直于樣品掃描；
5、伺服馬達手動或自動脈沖控制，驅動樣品垂直接近探針，實現掃描區域精確定位；
6、精度大范圍的樣品移動裝置，可自由移動感興趣的樣品掃描區域；
7、精度大范圍的壓電陶瓷掃描器，根據不同精度和掃描范圍要求選擇；
8、帶光學定位的CCD觀測系統，實時觀測與定位探針掃描樣品區域；
9、采用伺服馬達控制CCD自動對焦功能；
10、模塊化的電子控制系統設計，便于電路的持續改進與維護；
11、集成多種掃描工作模式控制電路，配合軟件系統使用。
軟件系統
1、可觀測樣品掃描時的表面形貌像、振幅像和相位像；
2、具備接觸、輕敲、相位、摩擦力、磁力或靜電力工作模式；
3、可自由選擇圖像采樣點為256×256或512×512；
4、多通道圖像同步采集顯示，實時查看剖面圖；
5、多種曲線力-間距(F-Z)、頻率-RMS（f-RMS）、RMS-間隙（RMS-Z）測量功能；
6、可進行掃描區域偏移、剪切功能，任意選擇感興趣的樣品區域；
7、可任意選擇樣品起始掃描角度；
8、激光光斑檢測系統的實時調整功能；
9、針尖共振峰自動和手動搜索功能；
10、可任意定義掃描圖像的色板功能；
11、支持樣品傾斜線平均、偏置實時校正功能；
12、支持掃描器靈敏度校正和電子學控制器自動校正；
13、支持樣品圖片離線分析與處理功能。

蘇州飛時曼精密儀器有限公司的FM-Nanoview6800原子力顯微鏡硬件安裝

  本產品為納米級精密測量儀器，對工作環境有較的要求，請將儀器整機放置在具有防震效果的堅固的工作臺之上，避免周圍有較強的震動源和較大的電磁干擾。整機放置完畢后請按照如圖1.14所示連接好儀器的各硬件單元。

  圖 儀器硬件接線圖

蘇州飛時曼精密儀器有限公司的FM-Nanoview6800原子力顯微鏡軟件安裝

  硬件安裝完畢后，將本產品的裝機附件軟件和驅動光盤插入到與整機相連的PC光驅內，打開光盤后，里面含有儀器操作使用說明書電子版、AFM操作軟件、軟件驅動程序、離線處理軟件和離線軟件說明書。

驅動安裝

安裝驅動之前，請先檢查PC機的操作系統類型，如果PC是32位操作系統，請安裝光盤中附帶的“FT232RL驅動-32位”，進入該文件夾，雙擊“ftdi_ft232_drive.exe”，按提示步驟進行下步直至完成，然后打開儀器主電源開關，PC機會自動安裝驅動程序直至提示顯示安裝完成；如果PC是64位操作系統，請安裝光盤中附帶的“FT232RL驅動-64位”拷貝到PC機的本地磁盤中，然后打開儀器主電源開關，PC機會自動安裝驅動程序直至提示顯示安裝完成。
驅動安裝完成后，請檢查PC機中與儀器相連的COM口，右擊“我的電腦屬性設備管理器”——“端口”，查看“USB Serial Port”的COM口是否在COM1~COM10之間，如果不是，請手動更改COM設置使其在COM1~COM10之間。COM口設置更改步驟如下：

 

第步：右擊“USB Serial Port”點擊“屬性”，打開COM端屬性窗口，如圖1.15。

圖1.15
第二步：選擇“Port Settings”選項，點擊“Advanced”，打開COM端設置窗口，如圖1.16。

圖1.16
第三步：選擇“COM Port Number”選項，端口般設置為COM3，如圖1.17。然后點擊OK，并依次點擊確定。

圖1.17

AFM操作軟件安裝

將隨機光盤中的“AFM軟件”文件夾拷貝到PC機的本地磁盤中，然后打開“TAFM”文件夾，刪除“TAFM.ini”配置文件，再打開儀器主電源開關，雙擊“TAFM.exe”文件，輕敲模式操作軟件即可使用。同樣，打開“AFM”文件夾，刪除“AFM.ini”配置文件，再打開儀器主電源開關，雙擊“AFM.exe”文件，接觸模式操作軟件即可使用。

離線軟件安裝
打開隨機光盤中的“離線處理軟件”文件夾，然后雙擊“WSxM3_0.exe”，按照提示步驟依次進行下步直至軟件安裝完成。

蘇州飛時曼精密儀器有限公司的FM-Nanoview6800原子力顯微鏡AFM操作軟件使用

1 輕敲式AFM操作方法

第步、 打開儀器主電源開關，然后打開“TAFM”文件夾，雙擊“TAFM.exe”文件，即可進入輕敲模式軟件界面。
第二步、選擇掃描分辨率，進入軟件界面后，會跳出個窗口，根據用戶需要可以選擇不同的掃描分辨率，般選擇256，然后點擊確定，如圖2.1。

圖2.1

第三步、電子學校正，每天檢查次控制系統輸入通道的零點校正，選擇軟件工具欄“顯微鏡”——“校正”——“電子學”，跳出電子學校正窗口，校正操作時先用黑色不透光紙片完全隔斷探頭內的激光光路，然后選擇A/D通道調零內的3個選項，單擊“應用”，系統將進行校正，然后單擊確定并關閉對話框，如圖2.2。

圖2.2

第四步、光斑檢測，將裝好輕敲探針的探針架（探針安裝方法見3.2）插入到探頭的燕尾槽內并插到底。然后點擊軟件快捷鍵圖標，跳出光斑檢測窗口，然后點擊開始檢測按鈕 按鈕，則光斑檢測功能開始運行。調節光斑的位置使其處于光斑檢測十字框的中間（光斑調節方法見3.3），然后再點擊次 按鈕，停止檢測并關閉窗口，如圖2.3。

圖2.3

第五步、搜索共振峰，點擊軟件快捷鍵圖標，跳出f-RMS曲線功能窗口；設置振源幅度為0.01或者0.1，然后點擊按鈕開始自動搜索，自動搜索完成后，再點擊按鈕開始采集f-RMS曲線，間隔3s后再點擊次采集完成，如圖2.4。

圖2.4

第六步、選擇系統參數，首先點擊軟件快捷鍵圖標，打開圖像掃描窗口，設置雙幅圖像的“顯示范圍”參數分別為10nm和1v，“顯示模式”均為圖像+剖面線，如圖2.5。

圖2.5

然后選擇軟件工具欄“顯微鏡”——“校正”——“系統參數”，會跳出系統參數窗口，選擇“當前參數文件”與掃描器上的型號保持致，然后點擊“保存到當前參數文件”，再點擊“確定”后關閉該窗口，如圖2.6。

圖2.6

第七步、選擇圖像顏色，點擊軟件快捷鍵圖標，跳出“調色板編輯器”窗口，可以自由設置圖像的顏色，般設置參數：“選擇曲線”為紅色，“選擇調色板”值為13，如圖2.7。然后點擊確定并關閉窗口。

圖2.7

第八步、探針-樣品趨近，首先進行手動控制馬達趨近探針接近樣品，如圖2.8為儀器控制面上的探針-樣品趨近馬達控制按鈕。

圖2.8探針-樣品趨近馬達控制按鈕

當手動控制馬達趨近探針接近樣品到1mm之內時，改用軟件自動趨近，點擊軟件快捷鍵圖標，打開馬達自動控制功能窗口，先點擊圖標，打開下拉菜單，根據不同掃描器的掃描范圍般設置參數“停止在”為400~1000nm之間。其他參數為默認的即可。
然后點擊“自動趨近”，此時軟件會自動控制探針趨近樣品，當探針接近樣品到合適位置時馬達會自動停止，并跳出提示窗口“已進入工作區，馬達停止”然后點擊確定，如圖2.9。

圖2.9

第九步、觀察RMS-Z曲線，當探針趨近樣品到位，馬達自動停止后，在圖像掃描之前可以首先觀察RMS-Z曲線，以檢查探針趨近樣品時的針尖狀態（注意這步不是必需的步驟，若針尖和樣品趨近到位后狀態良好，該步驟可省掉）。點擊快捷鍵圖標，打開RMS-Z曲線窗口，然后點擊圖標，開始測試RMS-Z曲線，觀察曲線是否規則如下，如不是再點擊圖標，讓掃描點自動偏移；或者單擊馬達單步進按鈕；或者單擊馬達單步退按鈕，然后再點擊圖標，再次測試RMS-Z曲線，如此直至看到完整的RMS-Z曲線為止，然后關閉該窗口，如圖2.10。RMS-Z曲線作用是測量探針振動幅度與距離的關系，通過RMS-Z曲線可判斷探針—樣品作用的狀態，也可以判斷探針狀態。

圖2.10

第十步、圖像掃描，首先點擊圖標，開始正式進入圖像掃描過程，如圖2.11。

圖2.11

在圖像掃描過程中可以根據樣品表面的起伏逐步改變“掃描范圍”參數從0->100->500->1000->2000->5000nm 的方式逐漸增大，同時相應增加度圖像的“顯示范圍”參數和RMS信號圖像“顯示范圍”參數，查看度剖面線和RMS信號剖面線度是否出界。在掃描過程中也可以同時改變窗口左側的其他相應參數值以便獲得更清晰更有用的圖像，下面介紹下窗口左側主要參數的含義。
“XY比例”：此參數主要是改變圖像掃描過程中XY方向的采樣點比例。
“X偏移”“Y偏移”：此參數改變樣品掃描位置的實時偏移。
“掃描角度”：此參數改變樣品掃描角度的實時變化。
“掃描速率”：改變圖像掃描的速度。
“比例增益”“積分增益”：改變樣品掃描時系統的反饋速度。
同時再介紹下圖像掃描窗口工具欄上的圖標含義。
：開始和停止掃描
：從下往上掃描
：從上往下掃描
：掃描范圍增大倍
：掃描范圍減小倍
：掃描范圍大化
：快速進行掃描中心偏移
：選擇掃描區域
：快速改變掃描角度
：實時測量表面形貌大小
：自動保存樣品
在圖像掃描過程中同時點擊下圖標，圖像數據會自動保存到AFM軟件所在的磁盤X:\AFM軟件\TAFM\Data中，只有完整掃描幅圖像結束后才會自動保存數據，當所需圖像掃描結束后，再點擊圖標，此時圖像掃描停止，如圖2.12。

圖2.12

如果需要改變圖像數據的保存路徑可以在圖像掃描開始之前或者停止時設置保存路徑及保存文件的名稱。點擊工具欄“視圖”——“捕捉文件名”，會跳出以下窗口，可設置保存路徑及保存文件名稱，然后點擊確定，如圖2.13。

圖2.13
第十步、探針退出，儀器工作結束。當圖像掃描結束且停止后，再點擊快捷鍵圖標圖標，打開軟件馬達自動控制功能，然后點擊“自動退出”，此時軟件會自動控制探針離開樣品，如圖2.14。當自動退出停止后，再手動控制馬達驅動探針離開樣品到2mm之外，然后依次關閉“馬達自動控制”窗口，軟件主窗口和儀器主電源開關。

圖2.14

 

2 接觸式AFM操作方法

第步、 打開儀器主電源開關，然后打開“AFM”文件夾，雙擊“AFM.exe”文件，即可進入接觸模式軟件界面。
第二步、第三步、第四步、第六步、第七步操作步驟與輕敲式AFM操作方法致，第五步沒有。但是接觸式AFM工作模式必須要更換接觸式探針（探針更換方法見3.2）
第八步、探針-樣品趨近，在探針趨近樣品之前首先要設置圖像掃描窗口左側的“設置點”參數為-1~ -0.9之間，如圖2.15所示。然后才能進行探針樣品趨近，操作方法與輕敲式AFM操作方法致。

圖2.15

第九步、觀察F-Z曲線，當探針趨近樣品到位，馬達自動停止后，在圖像掃描之前可以首先觀察F-Z曲線，以檢查探針趨近樣品時的針尖狀態。（注意這步不是必需的步驟，若針尖和樣品趨近到位后狀態良好，該步驟可省掉）。點擊快捷鍵圖標，打開F-Z曲線窗口，然后點擊圖標，開始測試F-Z曲線，觀察曲線是否規則如下，如不是再點擊圖標，讓掃描點自動偏移；或者單擊馬達單步進按鈕；或者單擊馬達單步退按鈕，然后再點擊圖標，再次測試F-Z曲線，如此直至看到完整的F-Z 曲線圖為止，如圖2.16。然后關閉該窗口。通過獲得良好的F-Z 曲線來減小或增加針尖和樣品間的接觸力，好的樣品成像質量依賴于好的F-Z 曲線。

圖2.16

第十步、第十步操作步驟與輕敲式AFM操作方法致。

蘇州飛時曼精密儀器有限公司的FM-Nanoview6800原子力顯微鏡樣品制備：
   如果您是第次使用該原子力顯微鏡，建議您首先使用裝機附件中已經制備好的光柵或DVD樣品成像。使用其他的樣品成像，必須將待測的樣品通過雙面膠或其他的膠水固定在裝機附件中提供的樣品基片上，然后連同樣品基片吸附在儀器的掃描器上面。

蘇州飛時曼精密儀器有限公司的FM-Nanoview6800原子力顯微鏡探針安裝

關于接觸式探針和輕敲式探針的安裝方法完全致。首先將探針架翻轉，使其有溝槽的面朝上，右手使用彎頭鑷子輕輕的夾住探針的前端（注意力道不能太大，否則探針會夾崩），左手施加較小的壓力按住探針架，使探針架上面的彈簧片升起，如圖3.1。

圖3.1
然后右手小心地將探針插入到探針架的凹槽里，直到與里面的邊緣貼緊，再撤去彎頭鑷子，左手放松探針架使彈簧片慢慢的夾住探針，這樣探針就牢牢地固定在探針架的凹槽里，如圖3.2。后將裝有探針的探針架插入到儀器探頭的燕尾槽內。

圖3.2
當探針長期使用損耗需要更換時，首先將探針架從探頭燕尾槽中抽出，然后翻轉放置在桌面上，使其有溝槽的面朝上，右手拿住彎頭鑷子輕輕的夾住探針的前端，左手施加較小的壓力按住探針架，使探針架上面的彈簧片升起，然后右手將夾有探針的鑷子小心的抽出，如圖3.3。并將探針放置在探針盒內，再使用彎頭鑷子重新去夾起枚新的探針，安裝方法與上致。

圖3.3

光斑調節

在輕敲式AFM和接觸式AFM操作方法的第四步中，當探針安裝完畢或者每次更換新的探針后，都需要對光斑進行調節。光斑調節方法如下：
點擊軟件快捷鍵圖標，跳出光斑檢測窗口，然后點擊開始檢測按鈕 按鈕，則光斑檢測功能開始運行。首先通過微調探頭激光器位置旋鈕使激光打在探針微懸臂的前端上，如圖3.4。然后會在探針的下方形成個衍射光斑，如圖3.5。

圖3.4 激光打在微懸臂上 圖3.5 形成的衍射光斑
如圖3.6為掃描探頭的外形結構圖，調節激光光斑時，首先旋動樣品二維移動架X向旋鈕將樣品移動到右端，然后在掃描探頭的左側下方放張白色的小紙片，這時在小紙片上將看到激光的光斑。微調探頭上的激光器X向位置旋鈕，可使激光沿探針懸臂平行移動；微調探頭上的激光器Y向位置旋鈕，可使激光沿探針懸臂垂直移動。（注意般情況下只需微調激光器Y向位置旋鈕就可看到激光衍射光斑）

蘇州飛時曼精密儀器有限公司的FM-Nanoview6800原子力顯微鏡CCD使用方法

本儀器提供CCD觀測系統，其光學放大倍數為10倍，光學分辨率可達到1um。可實時觀測探針趨近樣品和掃描時的情形，也便于選擇定位感興趣的樣品掃描區域。該CCD裝置使用的是大數值孔徑定焦鏡頭，由于儀器出廠時CCD焦距是打在探針之上的，因此使用時基本無需調節焦距，如需觀察探針之外的樣品區域可通過調節控制面板上的物距控制按鈕進行調節。當物距調到合適距離時，儀器操作面板上的顯示屏中可觀測到探針和樣品的圖像。如圖3.7為CCD觀測系統的控制按鈕。

圖3.7 CCD物距控制按鈕

樣品移動架使用

本儀器提供樣品微米移動架，便于用戶在使用時選擇定位感興趣的樣品掃描區域,，如圖3.8。樣品移動架可移動待測樣品在XY方向上的位置變化，采用精密微分頭調節，樣品移動位置的調節必須在探針趨近樣品掃描之前，可以配合CCD觀測系統起使用。 

蘇州飛時曼精密儀器有限公司的FM-Nanoview6800原子力顯微鏡常見問題處理方法:

   1、圖像出現漂移彎曲現象
    可能的原因：1）系統調節不正常，2）系統環境不穩定，3）樣品制備沒有達到要求，4）實驗環境沒有達到要求。
解決的方法：1）首先檢查儀器的開機、調試過程是否按規范進行，接插件是否接插良好。2）般開機30分鐘以上，儀器可以正常工作，主要是達到儀器的熱穩定性。3）檢查樣品制備是否按要求進行，襯底的平整度，樣品的平整度，襯底和樣品的清潔度。4）環境是否足夠的安靜、抗震動，另外環境的濕度也不能夠太大。

2、實驗圖象中出現拉線現象
可能的原因：1）AFM接觸模式作用力不夠，2）掃描速度太快，3）反饋跟不上。
解決的方法：1）增加設置點的數值。2）降低掃描速度，般建議掃描速度0.5~1.0Hz。3）增加反饋速度，增大積分參數，般原則是在不引起共振的情況下，盡量加大積分數值，以保持反饋速度足夠快。

3、圖象中有多重結構或者多次重復的結構
    可能的原因：雙針尖或者多針尖效應。
解決的方法：更換針尖。

4、圖象出現片白和片黑
    可能的原因：1）掃描管Z方向已經漂出范圍，2）實時圖象處理選擇，3）樣品起伏過大。
解決的方法：1）檢查Z方向電壓是否在正常范圍，通過調節使得Z電壓顯示正常。2）般情況，實時圖象處理選擇線平均。3）更換掃描區域獲更換新的樣品

5、如何設置接觸模式中的設置點？
   接觸模式的設置點是樣品與探針間作用力的大小，設置點為負值，般設為-1~ -0.1之間，其絕對值
越大表明樣品與探針間作用力越強，即探針壓迫樣品越緊。

6、如何選擇不同的工作模式？
    原子力顯微鏡通常有兩種工作模式：接觸模式和輕敲模式。般而言表面較硬的樣品用接觸AFM，
軟樣品或生物樣品用輕敲AFM。大部分樣品都適合用輕敲AFM，如果需要分辨率時可用接觸AFM。

蘇州飛時曼精密儀器有限公司的FM-Nanoview6800原子力顯微鏡注意事項
   1、欲得到更好的圖像效果，本儀器可另行配備業防震設備；
2、儀器工作時不可觸碰或移動；
3、儀器運行時防止突然斷電，也不可強行斷電；
4、請勿在靠近會產生強大無線電波或射線的環境下工作；
5、定頻率的電磁場可能會影響掃描的圖像； 
6、本儀器需要有接地連接。

  

蘇州飛時曼精密儀器有限公司的FM-Nanoview6800原子力顯微鏡技術服務條款
1.驗貨
   儀器設備達到目的地后，供方工程師與需方人員共同開箱，并按合同要求檢驗清單所列整機配件，運輸損失及可能部件缺失由供方解決。驗貨合格后由使用方出具相關收貨證明。
2. 安裝
   儀器設備安裝由供方工程師現場進行安裝，需方人員提供必要的協助。供方工程師有義務向需方講解儀器安裝和拆解的步驟、注意事項級安全常識。在此過程中由需方不慎造成的人為零件損失，公司需要更換的，將酌情收取相關費用。
3. 調試
   儀器設備的調試工作由供方工程師負責進行，計算機軟件需要注冊或提供用戶ID號的，應由用戶按手冊提示進行，調試時需要檢驗所有合同規定的性能指標。
4. 培訓
   供方工程師提供2天的技術培訓周期，需方應指派二人預先熟悉儀器使用說明書內容，培訓課程由供方工程師講解理論知識、儀器操作、校準操作、日常維護保養及其他注意事項。經培訓的人員應掌握儀器理論基礎、儀器原理、結構和相關儀器功能，理解相關技術指標的意義，能較熟練地測試標準樣品，熟悉測試其他樣品的知識，掌握儀器標準操作，了解日常維護保養的知識。
5. 指標驗收 
   由供方工程師配合需方人員操作儀器，檢驗通過合同要求的全部功能和技術指標，合格后由雙方在儀器驗收單上簽字認可。需方對某項檢驗結果有異議的，須當天指出，并重新檢驗。
6.  質保期及售后服務
儀器自驗收合格之日起，進入質保期，質保期為年。儀器出現故障，賣方在接到用戶通知后二十四小時內給予答復，四十八小時內給出解決方案并七日內派維修人員到達用戶現場進行維修服務。保修期滿后，賣方仍提供優惠維修服務；過保修期的儀器整機或部件損壞，修復或更換后僅收取成本費用；終身免費技術咨詢。

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