| TappingMode 想象是在软，黏着性或者脆弱的范例 (AFM)基本强制显微学的关键预付款。 此给予专利的技术允许的范例表面高分辨率地形学想象其他 AFM 技术容易地损坏，松散暂挂对他们的基体或者困难对图象。 特别地， TappingMode 克服问题与摩擦、黏附力、静电力和可能困扰常规 AFM 扫描方法的其他困难相关。 这个技术证明非常成功各种各样的范例高分辨率想象的包括： - 硅片表面
- 薄膜
- 金属和装绝缘体工
- 光致抗蚀剂
- 聚合物
- 生物范例
- 并且许多其他。
图 1. 被净化的胶原单体和齐聚物分子 TappingMode 图象没有 telopeptides 的。 TappingMode 在 AFM 技术使想象这些表面定期在自由流通的空气或流体并且表示重大的预付款。 二常规扫瞄方式 - 联系模式和没有接触的模式 - 有一段时间了使用了与变化的成功为材料的范围。 其中每一有如下讨论并且与 TappingMode 扫描对比的限制。 常规方法 在常规联系模式 AFM 下 (图 2)，探测技巧在表面间被扯拽，并且这个发生的图象是这个范例的表面的一张地形图。 当此技术为许多范例时是非常成功的，它有一些严重的缺点。 探测技巧的扯拽的行动，结合与在这个技巧和表面之间的黏着力，在图象数据可能造成对范例的巨大破坏和探查和创建人工制品。 
图 2. 联系模式、没有接触的模式和 TappingMode 比较扫描技术。 () 可能损坏范例和误解图象数据的摩擦和黏着力大量地影响联系模式想象。 没有接触的想象 (中心) 一般提供低分辨率，并且可能由可能干涉动摆的污染物层也阻碍。 TappingMode 想象 (正确) 通过断断续续与表面联系和摆动消灭摩擦力以满足的高度防止这个技巧被困住由黏着性半月板强制污染物层。 在图象下的图形表示可能的图象数据起因于三个技术。 在自由流通的空气情况下，多数表面由浓厚典型地是几毫微米的层被吸附的气体包括 (浓缩的水蒸气和其他污染物)。 当扫描技巧涉及此层时，毛管作用造成半月板形成，并且表面张力拉悬臂下来到层 (图 3)。 在这个技巧和范例的被困住的静电电荷可能贡献另外的黏着力。 这些向下强制由扫描行动增加在这个范例的整体强制，当结合与导致的侧向剪切力，可能误解评定数据和造成对范例的严重故障，包括移动或撕毁表面功能。 
图 3。 在联络 AFM，从被吸附的气体层的静电并且/或者表面张力强制拉扫描技巧往表面。 有些研究员克服了问题与黏着力相关由与在流体浸没的这个范例的经营的 AFMs。 当浏览在流体时，整体强制在联系模式下低比在自由流通的空气，因为可变的层/半月板不存在，并且静电力可以被消散或被筛选。 然而，因为水合的范例比干范例经常充分地软，跟踪强制可能仍然造成减少的图象质量和范例故障由于这个范例的变形和移动由扫描探测。 另外，许多范例，例如半导体片，在流体不可能实际上被浸没。 尝试避免此问题是探测被暂挂在这个范例的没有接触的模式 (图 2) 上的一个小的距离。 检测操作在这个技巧和这个范例之间的有吸引力的范 der Waals 强制，并且地形学图象通过浏览在表面上的技巧修建。 不幸地，从这个范例的有吸引力的范 der Waals 强制比联系模式实际上使用的强制充分地弱 - 很弱必须产生这个技巧小的动摆，以便 AC 探知方法可以用于检测在技巧和范例之间的小的强制。 吸引力也扩大从表面的仅一个小的距离，被吸附的气体层可能占用大部分他们有用的范围。 因此，既使当范例技巧分隔顺利地被维护，没有接触的模式比联络或 TappingMode 提供充分地低分辨率。 实际上，探测频繁地被画对范例表面被被吸附的气体’表面张力，造成不可用的数据和范例故障类似于联络技术造成的那。 另外，没有接触的模式为在流体的定期扫描，因为范 der Waals 强制现在是更小的，生物范例的一个大量的限制特别是一般是不切实际的。 在航空的 TappingMode 想象 TappingMode 想象通过备选安置这个技巧与表面联系提供高分辨率然后增强这个技巧解决常规扫瞄方式的限制表面避免扯拽在表面间的技巧。 TappingMode 想象在自由流通的空气被实施通过摆动悬臂式集合在或者靠近悬臂的谐振频率使用压电晶体。 压力行动造成悬臂摆动与一个高高度 (“露空”高度，典型地极大比 20nm)，当这个技巧不是与表面联系时。 这个摆动的技巧然后被移动朝表面，直到它开始轻涉及，或者 “请开发”表面。 在扫描期间，这个垂直摆动的技巧交替地与表面联系并且发射，一般以 50,000 到 500,000 转每秒频率。 当摆动的悬臂开始间歇地与表面联系，必要减少悬臂式动摆 (图 4) 由于技巧造成的能量损失与表面联系。 对动摆高度的减少用于识别和评定表面功能。 
图 4. TappingMode 悬臂式动摆高度在露空和在扫描期间。 在 TappingMode 运算时，悬臂式动摆高度是被维护的常数由反馈环路 (图 5)。 
图 5. TappingMode 运算的结构图。 最佳的动摆频率的选择是协助解决的软件，并且在这个范例的强制自动地被设置并且被维护在这个最低的可能的级别 (表 1 和图 6)。 表 1. TappingMode 说明。 | | | | 驱动频率范围 | 对 1MHz 的 10KHz | | 驱动电压范围 | 与pp1mV RMS 噪声级的 0-20V | | 驱动高度和频率调整 | 所选的数字式。 软件 TappingMode 参数控制和显示快速地准许，半自动化的屏幕上的优化。 | | 探测器 | RMS 对 DC 高度探测器提供阶段imdependent 高度信号; 噪声级 > 0.5Å RMS | | 悬臂 | 被铭刻的硅悬臂; 60-400KHz 谐振频率 | | 技巧范例途径 | 动力化的范例途径自动地带领悬臂进入 TappingMode 运算在最低的可能的跟踪的强制 | 
图 6。 悬臂式声调屏幕协助解决选择的最佳 TappingMode 动摆频率运算符。 当这个技巧通过在表面时的爆沸，悬臂有较少空间摆动，并且高度动摆减少。 相反地，当这个技巧通过在消沉时，悬臂有更多空间摆动和高度增量 (处理最大露空高度)。 这个技巧的动摆高度由探测器和输入评定对 NanoScope III 管理员电子。 数字式反馈环路然后调整技巧范例分隔维护恒定的高度和强制在这个范例。 在扫描期间， TappingMode 固有地防止这个技巧坚持表面和造成故障。 不同于联络和没有接触的模式，当这个技巧与表面联系时，它有解决满足的动摆的高度技巧范例黏附力强制。 并且，因为应用的强制总是垂直的，表面材料没有由剪切力拉斜向一边。 TappingModetechnique 的另一个好处是其大，线性操作范围 (图 7)。 这使垂直的反馈系统很稳定，允许定期再现范例评定。 讨论 TappingMode 想象的几参考是列出的在此应用注解结束时。 
图 7. 大线性操作范围比较 TappingMode 的与没有接触的模式的小的操作范围。 在流体的 TappingMode 想象 相似的好处认识到与在流体的 TappingMode 运算。 在这种情况下，然而，可变的媒体倾向于阻止悬臂的正常谐振频率。 反而，整个可变的细胞可以摆动驱动悬臂到动摆。 当一个适当的频率被选择 (通常在 5,000 到 40,000 转每秒范围内)，悬臂的高度将减少，当这个技巧开始开发这个范例，类似于在航空的 TappingMode 运算。 一次悬臂被设置到动摆， NanoScope 数字式反馈系统调整这个技巧位置维护一个恒定的动摆高度的 III。 再次在航空，摆动的悬臂消灭在这个范例的摩擦和剪切力。 另外，重复性与表面联系和拉这个技巧的进程以高速率允许跟踪的强制是被维护的常数在最小值。 TappingMode 避免热量偏差造成的强制不稳定性在联系模式，造成时间储蓄和被改进的图象和评定质量。 较少的稳定的想象强制比 200pN 在 TappingMode 运算时被评定了。 示例 图 8 至 14 说明 TappingMode 的功能想象的各种各样软的表面。 图 8 至 10 在流体和航空显示印象生物的范例，说明戏剧性改进进入 TappingMode 相对常规联系模式的图象质量在两个环境。 
图 8. TappingMode 图象在运动核脱氧核糖核酸航空浏览从患疟疾的寄生生物的 trypanozome 的。 
图 9. 联系模式 () 和浏览的核糖核酸聚合酶的 TappingMode (正确的) 图象比较在流体 (缓冲)。 注意条纹和迷蒙公用对低甚而强制液体联系模式不是存在可变的 TappingMode 图象。 
在云母的印象的图 10. Lambda 后面 III 脱氧核糖核酸与 TappingMode 在水中。 这个范例不断地浏览一时数，不用故障。 在少于一分钟之内造成的故障同一材料的联系模式扫描 -，在扫描可能完成前。 使用并行的比较，图 11 说明 TappingMode 相对联系模式的功能半导体材料的。 
(a) 
(b) 图 11. (a) 联络和 (b) TappingMode 图象同一个 (100 个) 外延薄酥饼的。 在两种情况下，这个左图象首先被采取了，并且扫描范围在第一扫描立即被加倍并且被重新扫描包括印象的区。 TappingMode 图象不显示表面改变和更好的解决方法。 相反地，第一扫描的损坏的区在右边在图 11a 的能容易地被看到。 联系模式想象为硅表面是非常不一致的; 在这种情况下，而在某些情况下，另外的氧化物增长或更加细微的更改可能发生，扫描技巧取消了材料。 此种表面改变经常去未被发现，因为多数研究员不检查故障通过重新扫描受影响的区在更低的放大。 图 12 至 14 是聚合物和二薄膜的 TappingMode 图象。 
图 12。 高密度聚乙烯的 TappingMode 图象从购物袋的。 在这个图象的结构是浓厚是近似在同一个方向安置的 30nm 和全部增加抗拉强度的聚合物鳞片。 因为功能由扯拽在表面间的这个技巧修改此结构不可能看到在联系模式下。 675nm 扫描。 
图 13。 化工蒸气存款 (CVD)金刚石影片。 在影片形成时，金刚石晶种 在 CVD 证言房间然后安置启动生产薄膜增长的硅片被安置。 此图象显示这部影片在增长的早启动。 TappingMode 技术更加准确地用于配置文件水晶和避免移动在表面的晶种。 
图 14。 浓厚热量地被蒸发的金影片， 60Å，存款在一个被氧化的硅片上。 影片比持续影片用于编译有更高的张力区分的张力传感器。 汇总 要得到质量图象，是重要的不是显微镜技巧故障浏览的表面，但是它联络表面得到高分辨率评定。 这是 TappingMode 想象擅长的地方。 对许多材料，此技术提供最高分辨率可能，不用范例故障。 TappingMode 想象开张了各种各样的应用并且继续扩展 SPM 的适用性到新的材料和表面。 更多在技巧范例强制在 TappingMode 其中一个 TappingMode 想象的关键好处在常规联络 AFM 的是在扫描期间被生成的低强制。 由于这个技巧简要在每动摆时只与表面联系，没有侧向摩擦力被应用于这个范例由可能撕毁这个范例，误解数据或变迟钝这个技巧的技巧。 简要联络强制少于有人可能预计是。 在 TappingMode 悬臂在或者靠近其谐振频率摆动。 一旦这个悬臂式高度被稳定在期望调整点，这个范例必须吸收仅小的强制由于这个增加的高度在一个唯一动摆循环期间; 即，二连续的 “轻拍之间的时间”。 由于用于 TappingMode 的悬臂有一个优质系数 (“Q ")，在一个循环获取的这个高度仅是关于 0.01nm 在典型的想象情况下。 强制由于此小的高度增量可以由绝大多数的范例吸收没有故障打翻或抽样。 由于这些柔和的扫描强制， TappingMode 顺利地用于再现图象这样范例象聚合物、未成熟的光致抗蚀剂和脱氧核糖核酸，以及许多其他脆弱的范例。 并且，我们不断地有重复地印象一个硅片的同一 1mm 区域的埃级的 microroughness 在 24 小时期间，不用这个图象的降低或损坏对这个范例。 终于，悬臂摆动以频率从 50KHz 到 500KHz。 以这些频率，许多表面适合硬汉 (黏弹性) 并且可能更加容易地抵抗从探测技巧的强制。 更加进一步此的属性减少范例故障的可能性非常软的范例的例如聚合物，生物标本和其他并且导致这个范例的较少畸变由于技巧强制。 |