| TappingMode 想像是在軟，黏著性或者脆弱的範例 (AFM)基本強制顯微學的關鍵預付款。 此給予專利的技術允許的範例表面高分辨率地形學想像其他 AFM 技術容易地損壞，鬆散暫掛對他們的基體或者困難對圖像。 特別地， TappingMode 克服問題與摩擦、黏附力、靜電力和可能困擾常規 AFM 掃描方法的其他困難相關。 這個技術證明非常成功各種各樣的範例高分辨率想像的包括： - 硅片表面
- 薄膜
- 金屬和裝绝緣體工
- 光致抗蝕劑
- 聚合物
- 生物範例
- 并且許多其他。
圖 1. 被淨化的膠原單體和齊聚物分子 TappingMode 圖像沒有 telopeptides 的。 TappingMode 在 AFM 技術使想像這些表面定期在自由流通的空氣或流體并且表示重大的預付款。 二常規掃瞄方式 - 聯繫模式和沒有接觸的模式 - 有一段時間了使用了與變化的成功為材料的範圍。 其中每一有如下討論并且與 TappingMode 掃描對比的限制。 常規方法 在常規聯繫模式 AFM 下 (圖 2)，探測技巧在表面間被扯拽，并且這個發生的圖像是這個範例的表面的一張地形圖。 當此技術為許多範例時是非常成功的，它有一些嚴重的缺點。 探測技巧的扯拽的行動，結合與在這個技巧和表面之間的黏著力，在圖像數據可能造成對範例的巨大破壞和探查和創建人工製品。 
圖 2. 聯繫模式、沒有接觸的模式和 TappingMode 比較掃描技術。 () 可能損壞範例和誤解圖像數據的摩擦和黏著力大量地影響聯繫模式想像。 沒有接觸的想像 (中心) 一般提供低分辨率，并且可能由可能干涉動擺的汙染物層也阻礙。 TappingMode 想像 (正確) 通過斷斷續續與表面聯繫和擺動消滅摩擦力以滿足的高度防止這個技巧被困住由黏著性半月板強制汙染物層。 在圖像下的圖形表示可能的圖像數據起因於三個技術。 在自由流通的空氣情況下，多數表面由濃厚典型地是幾毫微米的層被吸附的氣體包括 (濃縮的水蒸氣和其他汙染物)。 當掃描技巧涉及此層時，毛管作用造成半月板形成，并且表面張力拉懸臂下來到層 (圖 3)。 在這個技巧和範例的被困住的靜電電荷可能貢獻另外的黏著力。 這些向下強制由掃描行動增加在這個範例的整體強制，當結合與導致的側向剪切力，可能誤解評定數據和造成對範例的嚴重故障，包括移動或撕毀表面功能。 
圖 3。 在聯絡 AFM，從被吸附的氣體層的靜電並且/或者表面張力強制拉掃描技巧往表面。 有些研究員克服了問題與黏著力相關由與在流體浸沒的這個範例的經營的 AFMs。 當瀏覽在流體時，整體強制在聯繫模式下低比在自由流通的空氣，因為可變的層/半月板不存在，并且靜電力可以被消散或被篩選。 然而，因為水合的範例比乾範例經常充分地軟，跟蹤強制可能仍然造成減少的圖像質量和範例故障由於這個範例的變形和移動由掃描探測。 另外，許多範例，例如半導體片，在流體不可能實際上被浸沒。 嘗試避免此問題是探測被暫掛在這個範例的沒有接觸的模式 (圖 2) 上的一個小的距離。 檢測操作在這個技巧和這個範例之間的有吸引力的範 der Waals 強制，并且地形學圖像通過瀏覽在表面上的技巧修建。 不幸地，從這個範例的有吸引力的範 der Waals 強制比聯繫模式實際上使用的強制充分地弱 - 很弱必須產生這個技巧小的動擺，以便 AC 探知方法可以用於檢測在技巧和範例之間的小的強制。 吸引力也擴大從表面的仅一個小的距離，被吸附的氣體層可能佔用大部分他們有用的範圍。 因此，既使當範例技巧分隔順利地被維護，沒有接觸的模式比聯絡或 TappingMode 提供充分地低分辨率。 實際上，探測頻繁地被畫對範例表面被被吸附的氣體』表面張力，造成不可用的數據和範例故障類似於聯絡技術造成的那。 另外，沒有接觸的模式為在流體的定期掃描，因為範 der Waals 強制現在是更小的，生物範例的一個大量的限制特別是一般是不切實際的。 在航空的 TappingMode 想像 TappingMode 想像通過備選安置這個技巧與表面聯繫提供高分辨率然後增強這個技巧解決常規掃瞄方式的限制表面避免扯拽在表面間的技巧。 TappingMode 想像在自由流通的空氣被實施通過擺動懸臂式集合在或者靠近懸臂的諧振頻率使用壓電晶體。 壓力行動造成懸臂擺動與一個高高度 (「露空」高度，典型地極大比 20nm)，當這個技巧不是與表面聯繫時。 這個擺動的技巧然後被移動朝表面，直到它開始輕涉及，或者 「请開發」表面。 在掃描期間，這個垂直擺動的技巧交替地與表面聯繫并且發射，一般以 50,000 到 500,000 轉每秒頻率。 當擺動的懸臂開始間歇地與表面聯繫，必要減少懸臂式動擺 (圖 4) 由於技巧造成的能量損失與表面聯繫。 對動擺高度的減少用於識別和評定表面功能。 
圖 4. TappingMode 懸臂式動擺高度在露空和在掃描期間。 在 TappingMode 運算時，懸臂式動擺高度是被維護的常數由反饋環路 (圖 5)。 
圖 5. TappingMode 運算的結構圖。 最佳的動擺頻率的選擇是協助解決的軟件，并且在這個範例的強制自動地被設置并且被維護在這個最低的可能的級別 (表 1 和圖 6)。 表 1. TappingMode 說明。 | | | | 驅動頻率範圍 | 對 1MHz 的 10KHz | | 驅動電壓範圍 | 與pp1mV RMS 噪聲級的 0-20V | | 驅動高度和頻率調整 | 所選的數字式。 軟件 TappingMode 參數控制和顯示快速地准許，半自動化的屏幕上的優化。 | | 探測器 | RMS 對 DC 高度探測器提供階段imdependent 高度信號; 噪聲級 > 0.5Å RMS | | 懸臂 | 被銘刻的硅懸臂; 60-400KHz 諧振頻率 | | 技巧範例途徑 | 動力化的範例途徑自動地帶領懸臂進入 TappingMode 運算在最低的可能的跟蹤的強制 | 
圖 6。 懸臂式聲調屏幕協助解決選擇的最佳 TappingMode 動擺頻率運算符。 當這個技巧通過在表面時的爆沸，懸臂有較少空間擺動，并且高度動擺減少。 相反地，當這個技巧通過在消沉時，懸臂有更多空間擺動和高度增量 (處理最大露空高度)。 這個技巧的動擺高度由探測器和輸入評定對 NanoScope III 管理員電子。 數字式反饋環路然後調整技巧範例分隔維護恆定的高度和強制在這個範例。 在掃描期間， TappingMode 固有地防止這個技巧堅持表面和造成故障。 不同於聯絡和沒有接觸的模式，當這個技巧與表面聯繫時，它有解決滿足的動擺的高度技巧範例黏附力強制。 並且，因為應用的強制總是垂直的，表面材料沒有由剪切力拉斜向一邊。 TappingModetechnique 的另一個好處是其大，線性操作範圍 (圖 7)。 這使垂直的反饋系統很穩定，允許定期再現範例評定。 討論 TappingMode 想像的幾參考是列出的在此應用註解結束時。 
圖 7. 大線性操作範圍比較 TappingMode 的與沒有接觸的模式的小的操作範圍。 在流體的 TappingMode 想像 相似的好處認識到與在流體的 TappingMode 運算。 在這種情況下，然而，可變的媒體傾向於阻止懸臂的正常諧振頻率。 反而，整個可變的細胞可以擺動驅動懸臂到動擺。 當一個適當的頻率被選擇 (通常在 5,000 到 40,000 轉每秒範圍內)，懸臂的高度將減少，當這個技巧開始開發這個範例，類似於在航空的 TappingMode 運算。 一次懸臂被設置到動擺， NanoScope 數字式反饋系統調整這個技巧位置維護一個恆定的動擺高度的 III。 再次在航空，擺動的懸臂消滅在這個範例的摩擦和剪切力。 另外，重複性與表面聯繫和拉這個技巧的進程以高速率允許跟蹤的強制是被維護的常數在最小值。 TappingMode 避免熱量偏差造成的強制不穩定性在聯繫模式，造成時間儲蓄和被改進的圖像和評定質量。 較少的穩定的想像強制比 200pN 在 TappingMode 運算時被評定了。 示例 圖 8 至 14 說明 TappingMode 的功能想像的各種各樣軟的表面。 圖 8 至 10 在流體和航空顯示印象生物的範例，說明戲劇性改進進入 TappingMode 相對常規聯繫模式的圖像質量在兩個環境。 
圖 8. TappingMode 圖像在運動核脫氧核糖核酸航空瀏覽從患瘧疾的寄生生物的 trypanozome 的。 
圖 9. 聯繫模式 () 和瀏覽的核糖核酸聚合酶的 TappingMode (正確的) 圖像比較在流體 (緩衝)。 注意條紋和迷濛公用對低甚而強制液體聯繫模式不是存在可變的 TappingMode 圖像。 
在雲母的印象的圖 10. Lambda 後面 III 脫氧核糖核酸與 TappingMode 在水中。 這個範例不斷地瀏覽一時數，不用故障。 在少於一分鐘之內造成的故障同一材料的聯繫模式掃描 -，在掃描可能完成前。 使用並行的比較，圖 11 說明 TappingMode 相對聯繫模式的功能半導體材料的。 
(a) 
(b) 圖 11. (a) 聯絡和 (b) TappingMode 圖像同一個 (100 個) 外延薄酥餅的。 在兩種情況下，這個左圖像首先被採取了，并且掃描範圍在第一掃描立即被加倍并且被重新掃描包括印象的區。 TappingMode 圖像不顯示表面改變和更好的解決方法。 相反地，第一掃描的損壞的區在右邊在圖 11a 的能容易地被看到。 聯繫模式想像為硅表面是非常不一致的; 在這種情況下，而在某些情況下，另外的氧化物增長或更加細微的更改可能發生，掃描技巧取消了材料。 此種表面改變經常去未被發現，因為多數研究員不檢查故障通過重新掃描受影響的區在更低的放大。 圖 12 至 14 是聚合物和二薄膜的 TappingMode 圖像。 
圖 12。 高密度聚乙烯的 TappingMode 圖像從購物袋的。 在這個圖像的結構是濃厚是近似在同一個方向安置的 30nm 和全部增加抗拉強度的聚合物鱗片。 因為功能由扯拽在表面間的這個技巧修改此結構不可能看到在聯繫模式下。 675nm 掃描。 
圖 13。 化工蒸氣存款 (CVD)金剛石影片。 在影片形成時，金剛石晶種 在 CVD 證言房間然後安置啟動生產薄膜增長的硅片被安置。 此圖像顯示這部影片在增長的早啟動。 TappingMode 技術更加準確地用於配置文件水晶和避免移動在表面的晶種。 
圖 14。 濃厚熱量地被蒸發的金影片， 60Å，存款在一個被氧化的硅片上。 影片比持續影片用於編譯有更高的張力區分的張力傳感器。 彙總 要得到質量圖像，是重要的不是顯微鏡技巧故障瀏覽的表面，但是它聯絡表面得到高分辨率評定。 這是 TappingMode 想像擅長的地方。 对許多材料，此技術提供最高分辨率可能，不用範例故障。 TappingMode 想像開張了各種各樣的應用并且繼續擴展 SPM 的適用性到新的材料和表面。 更多在技巧範例強制在 TappingMode 其中一個 TappingMode 想像的關鍵好處在常規聯絡 AFM 的是在掃描期間被生成的低強制。 由於這個技巧簡要在每動擺時只與表面聯繫，沒有側向摩擦力被應用於這個範例由可能撕毀這個範例，誤解數據或變遲鈍這個技巧的技巧。 簡要聯絡強制少於有人可能預計是。 在 TappingMode 懸臂在或者靠近其諧振頻率擺動。 一旦這個懸臂式高度被穩定在期望調整點，這個範例必須吸收仅小的強制由於這個增加的高度在一個唯一動擺循環期間; 即，二連續的 「輕拍之間的時間」。 由於用於 TappingMode 的懸臂有一個優質系數 (「Q ")，在一個循環獲取的這個高度仅是關於 0.01nm 在典型的想像情況下。 強制由於此小的高度增量可以由绝大多數的範例吸收沒有故障打翻或抽樣。 由於這些柔和的掃描強制， TappingMode 順利地用於再現圖像這樣範例像聚合物、未成熟的光致抗蝕劑和脫氧核糖核酸，以及許多其他脆弱的範例。 並且，我們不斷地有重複地印象一個硅片的同一 1mm 區域的埃級的 microroughness 在 24 小時期間，不用這個圖像的降低或損壞對這個範例。 終於，懸臂擺動以頻率從 50KHz 到 500KHz。 以這些頻率，許多表面適合硬漢 (黏彈性) 并且可能更加容易地抵抗從探測技巧的強制。 更加進一步此的屬性減少範例故障的可能性非常軟的範例的例如聚合物，生物標本和其他并且導致這個範例的較少畸變由於技巧強制。 |