台式原子力显微镜(AFM)

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台式原子力显微镜 (AFM) - ToronAFM™ 600

ToronAFM™ 600 台式原子力显微镜可在标准实验台上实现纳米级表面成像。该系统可分辨 1 nm 的横向细节和 0.1 nm 的垂直细节,无需专用仪器室即可生成定量形貌图。材料科学家、半导体工程师、聚合物化学家和生命科学团队利用该系统绘制粗糙度、晶粒结构和薄膜均匀性图。控制电子设备、21 英寸一体式计算机和成像软件以即插即用的形式打包提供。

三种标准成像模式涵盖了大多数样品类型:接触式、非接触式和轻敲式。接触式模式适用于坚硬、平坦的表面,而轻敲式模式则可保护柔软的聚合物和生物样本,避免拖拽式探针造成的损伤。可选的功能套件可增加磁性、电学和机械表征功能,因此一台台式仪器即可满足多个研究团队的需求。电动平台在每个轴向上可移动 15 毫米,步长为 40 纳米,操作人员可在软件控制下到达 20 毫米样品上的任意点。

由于 ToronAFM™ 600 可通过单根网线连接至任何 Windows 电脑,因此设置时间非常短。其配备的顶部视角光学显微镜具有 8 万像素彩色成像功能和 60 倍至 600 倍的变焦范围,操作人员可在探针接触目标表面之前选择扫描位置。自动快速接近功能可将悬臂梁快速送达目标表面,无需手动调整,也避免了探针尖端损坏的风险。实验室可在数分钟内获得可用图像,并节省原本需要占用落地式平台的工作台空间。

台式原子力显微镜 (AFM) - ToronAFM™ 600 应用

台式原子力显微镜(AFM)

ToronAFM™ 600 支持表面表征,尤其适用于光学衍射极限以下的特征决定性能的情况。其紧凑的体积和快速的设置周期使其非常适合在多个项目中处理混合样品类型的共享实验室。

  • 半导体和集成电路:在工艺开发和失效分析过程中测量台阶高度、线边缘粗糙度和晶圆表面质量
  • 太阳能电池和光伏技术:绘制吸收层和透明电极的纹理、晶界和局部电导率图
  • 表面工程与材料科学:量化处理过和未处理过金属表面的粗糙度、磨损痕迹和晶粒形貌
  • 陶瓷和涂料:验证薄膜和厚膜的涂层均匀性、孔隙率和与附着力相关的表面纹理
  • 聚合物和化学产品利用相成像技术对软样品进行分析,解析相分离、结晶度和共混物形态。
  • 纳米尺度力学和电学表征:通过可选功能套件获取力曲线、刚度图和局部电流数据
  • 生物技术研究:仅需极少的样品制备即可在空气中成像DNA链、蛋白质、细胞膜和病毒颗粒。
  • 病理学和医学科学:在纳米尺度上研究组织结构、蛋白质聚集体和药物递送载体。
  • 药物和疫苗研发:表征制剂中的颗粒尺寸、表面形态和聚集行为
  • 学术教学和研究实验室:让学生在足够小的仪器上进行扫描探针的实际操作,该仪器适合在共享教学实验室中使用
台式原子力显微镜(AFM)

台式原子力显微镜 (AFM) - ToronAFM™ 600 主要特点

台式原子力显微镜(AFM)

ToronAFM™ 600 结合了重新设计的扫描头、24 位控制电子设备和单电缆接口,缩短了样品加载和最终图像之间的路径。

  • XY方向分辨率为1 nm,Z方向分辨率为0.1 nm:能够解析远低于光学极限的表面特征,适用于定量粗糙度和台阶高度测量。
  • 自动快速接近无需操作员干预,即可从任意起始距离将悬臂梁与样品表面接合,从而缩短设置时间并保护探针尖端。
  • 简化的尖端固定弹簧杆支架和真空笔使操作人员能够快速安装探针,且断裂风险低。
  • 芯片对准模板:可重复地定位悬臂芯片,以便在更换探针时保持激光对准精度。
  • 减轻头部重量更轻的扫描头使日常操作中的操作和千分尺调整更加容易
  • 可调激光光路操作人员通过移动光路而不是重新定位探测器来调整光学对准。
  • 8万像素俯视光学显微镜:60倍至600倍彩色变焦,带集成可调光照明,可在探头接触前显示扫描部位。
  • 单根网线连接一根网线即可传输所有数据和控制流量,速度高达 100 MB/秒,从而无需在实验台上使用通常的线缆束。
  • 远程网络操作网络上的任何工作站都可以运行该仪器,技术专家也可以加入同一会话进行故障排除。
  • 24 位数据转换四个 ADC 通道和四个 DAC 通道,24 位深度,可在整个扫描范围内保留精细的信号细节
  • Zynq信号处理平台:实时处理反馈和采集,以实现高速稳定成像。
  • 集成信号示波器实时显示所有系统信号,以便操作员在图像形成过程中诊断扫描质量。
  • 对已捕获图像进行缩放重新扫描在已完成的扫描中选择一个区域,并在不重新加载样本的情况下,以更高的像素密度再次采集该区域的数据。
  • 自动保存图片库捕获的扫描数据会自动存储在有序的数据库中,从而降低数据丢失的风险。
  • 独立分析软件一个独立的处理软件包负责图像展平、测量和展示,并将图像数据导出为多种格式。
  • 样本偏差控制:在样品两端施加 -10 V 至 +10 V 的电压,用于电学特性表征工作
  • 三种标准模式每台设备均配备接触式、非接触式和敲击式测试装置,适用于硬质、软质和易碎样品。
  • 模块化功能套件随着研究需求的增长,将磁性、电气、机械和光刻技术添加到同一平台上。
  • 占地面积小,仅 300 x 400 x 300 毫米重量仅为 20 公斤,可放置在共用工作台上,因此无需专门的仪器室。
  • Windows 跨硬件兼容性可在台式机、笔记本电脑和一体机上运行,​​并随附一台专用的 21 英寸一体机电脑。

理论与方法

原子力显微镜并非通过聚焦光或电子束,而是通过测量尖端与样品之间的作用力来绘制表面形貌。尖端位于厚度仅为几微米的柔性悬臂梁的自由端。当尖端接近表面时,范德华引力、静电力和短程斥力会使悬臂梁发生纳米级的弯曲。这种偏转携带了形貌信号。

波长为 670 nm 的激光二极管将光束反射到悬臂梁背面的四段光电二极管上。弯曲会使反射光斑在探测器各段之间移动,各段电流的差异与弯曲程度成正比。控制器将此信号与设定值进行比较,并驱动 Z 轴压电扫描器上下移动以保持力恒定。记录每个 XY 位置的 Z 轴电压即可构建高度图。光学杠杆放大技术将亚纳米级的弯曲转化为可测量的信号。

接触模式将探针紧贴表面并直接追踪形变,从而实现对刚性样品的快速扫描。轻敲模式和非接触模式则通过抖动机制驱动悬臂梁在接近共振的状态下运动,并追踪振荡幅度或相位的变化。由于探针仅短暂接触或根本不接触,因此柔软的生物样品和聚合物样品在成像过程中能够保持完整。诸如磁力显微镜 (MFM) 和开尔文探针力显微镜 (KPFM) 等提升模式技术会在已记录的形貌上方进行第二次扫描,从而将磁信号或静电信号与表面形状区分开来。

台式原子力显微镜 (AFM) - ToronAFM™ 600 技术规格

参数规格
扫描器 
XY扫描范围最大 20 微米至 70 微米
XY分辨率1纳米
Z轴移动范围最大 4 微米
Z分辨率0.1纳米
阶段 
XY平台类型电动、软件控制
XY行程范围15 毫米
XY移动步长40纳米
Z 行程范围15 毫米
Z字形移动步40纳米
悬臂接合自动(自动快速接近)
样品安装 
最大样品直径20 毫米
最大样品厚度10 毫米
样品架包含轻型磁性样品架
样品偏置电压范围-10V 至 +10V
扫描头 
调整高精度千分尺
激光波长670纳米
最大激光二极管功率5毫瓦
光电高品质四光电二极管
励磁抖动机制
光路优化设计
尖嘴夹弹簧杆机构
俯视光学显微镜 
相机的分辨率8万像素,彩色
光学变焦60X至600X
照明集成式,带调光器
电子 
控制箱即插即用
ADC通道4声道,24位
DAC通道4声道,24位
信号处理40 MHz Zynq 处理器
数据传输通过局域网传输速度可达 100 MB/秒
软件 
数据采集实时传输,100 MB/秒,兼容微软Windows系统
光学视图用于样品和悬臂梁视觉的集成窗口
信号监控高速示波器可监测所有系统信号
影像储存自动保存到软件图库
缩放扫描对已拍摄图像的选定区域进行重新扫描
途径自动快速接近样品表面的悬臂梁
影像处理用于处理、分析和演示的独立软件
数据导出多种图像数据导出格式
运行系统兼容所有 Microsoft Windows 版本
成像模式(标准)接触式、非接触式、敲击式
专用一体机电脑 
展示21英寸,1920 x 1080
处理器最新一代
内存8 GB的RAM
原子力显微镜单元 
安装即插即用
外形尺寸(宽x深x高)300 x 400 x 300毫米
净重20 kg

包装内容

名称描述
样品安装套件用于将样品固定到舞台上的硬件
样品基质用于样品制备和安装的基底
悬臂梁适用于标准成像模式的各种探头类型
镊子和磁铁盒探针和磁性夹具的操作工具和存储

可选升级

名称描述
扩展型XY扫描仪将XY扫描范围自定义为100 µm
喷嘴更换套件用于加快探针更换速度的工具
真空笔用于低风险尖端处理的取放工具

功能套件

套件包含的技术
动态模式套件磁力显微镜(MFM)、电力显微镜(EFM)、相位成像
联系模式套件横向力显微镜(LFM)、力谱、机械纳米光刻
高级研究工具包化学纳米光刻、力调制显微镜(FMM)、导电原子力显微镜(C-AFM)、开尔文探针力显微镜(KPFM)、压电响应力显微镜(PFM)

可根据要求提供定制配置和特定应用修改。

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