原子力显微镜与电镜技术.ppt

分辨率：人眼或仪器 能分辨物体的最小间距（角分辨）。
人眼分辨率：。
显微镜：最高1600倍放大率，实际上有象差，受衍射极限
影响.
分划板
L
D
显微探测历史回顾：
当
 = m
所以，传统光学显微镜分辨率极限是
为提高分辨率，减小波长
——紫外光—— x射线
而更短的波长、电子射线
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原子力显微镜与电镜技术
公元13世纪，出现了为视力不济的人准备的眼镜—一种玻璃制造的透镜片。
16世纪末，荷兰的眼镜商詹森（Zaccharias Janssen）制造的是第一台复合式显微镜。使用两个凸透镜，如果两个凸透镜一个能放大10倍，另一个能放大20倍，那么整个镜片组合的的放大倍数就是10*20=200倍。这就是现在的显微镜和望远镜的前身。
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原子力显微镜与电镜技术
1665年，英国科学家罗伯特·胡克 用他的显微镜观察软木切片的时候，惊奇的发现其中存在着一个一个“单元”结构。胡克把它们称作“细胞”。
1632-1723 荷兰人安东尼·冯·列文虎克（Anthony Von Leeuwenhoek )制造的显微镜让人们大开眼界。他制造的显微镜其实就是一片凸透镜，而不是复合式显微镜。不过，由于他的技艺精湛，磨制的单片显微镜的放大倍数将近300倍，超过了以往任何一种显微镜。
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原子力显微镜与电镜技术
1938年，德国工程师Max Knoll和Ernst Ruska制造出了世界上第一台电子显微镜。
1952年，英国工程师Charles Oatley制造出了第一台扫描电子显微镜（SEM），可观察三维形貌。电子显微镜是20世纪最重要的发明之一。
使用可见光作为光源的显微镜，。。提高显微镜分辨率的途径之一就是设法减小光的波长，或者，用电子束来代替光。
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原子力显微镜与电镜技术
根据德布罗意的物质波理论，运动的电子具有波动性，而且速度越快，它的“波长”就越短。如果能把电子的速度加到足够高，并且汇聚它，就有可能用来放大物体。由于电子的速度可以加到很高，电子显微镜的分辨率可以达到纳米级（10-9m）。很多在可见光下看不见的物体——例
病毒(蚊子)——在电子显微镜下现出了原形。
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原子力显微镜与电镜技术
用电子代替光，这或许是一个反常规的主意。但是还有更令人吃惊的。1983年，IBM公司苏黎世实验室的两位科学家Gerd Binnig和Heinrich Rohrer发明了扫描隧道显微镜（STM）。这种显微镜比电子显微镜更激进，它完全失去了传统显微镜的概念。
诺贝尔奖：Ernst Ruska，Gerd Binnig和Heinrich Rohrer（从左至右）分别因为发明电子显微镜和扫描隧道显微镜而分享1986年的诺贝尔物理学奖。
电子显微镜的发明者卢斯卡
扫描隧道显微镜的发明者宾尼格和罗勒。
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原子力显微镜与电镜技术
很显然，你不能直接“看到”原子。因为原子与宏观物质不同，它不是光滑的、滴溜乱转的削球。扫描隧道显微镜依靠所谓的“隧道效应”工作。扫描隧道显微镜没有镜头，它使用一根探针。探针和物体之间加上电压。如果探针距离物体表面很近——大约在纳米级的距离上——隧道效应就会起作用。电子会穿过物体与探针之间的空隙，形成一股微弱的电流。如果探针与物体的距离发生变化，这股电流也会相应的改变。这样，通过测量电流我们就能知道物体表面的形状，分辨率可以达到单个原子的级别。
扫描隧道显微镜：图中的“IBM”是由单个原子构成的
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原子力显微镜与电镜技术
1988年中国科学院白春礼和姚俊恩研制出了我国的第一台扫描隧道显微镜。
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美国国家关键技术计划把微米/纳米制造技术列为经济繁荣和国防安全两方面都重要的技术，把这一技术的研究列为优先支持的项目。
日本也把微细技术作为今后十年最重要的科技发展项目之一。
原子力显微镜与电镜技术
纳米技术的基本特征，是以完美的控制和离散的方式（原子和分子）快速排列原子的结构，从而产生物质处理技术的革命。纳米深度的实时测量与控制技术实际上是纳米技术中的核心技术，它将促进超大规模微电子工程、微机械工程、微光学工程、生物工程等前沿工程学科研究的迅速发展。
纳米技术