扫描探针显微镜是一种高分辨率表面表征工具，其核心功能依赖于精密的机械结构、光学系统和电子控制系统。为确保仪器性能，各部件的安装需严格遵循规范流程。以下从主要部件的安装顺序、调整方法及注意事项展开详细说明。
一、基础框架与隔振系统安装
1. 底座与隔振平台
SPM对振动极其敏感，需安装在隔振性能优异的平台上。通常采用空气弹簧隔振桌或海绵橡胶减震垫，确保环境振动噪声低于1 μm级。安装时需水平校准，使用水平仪调整至气泡居中，误差不超过0.1°。
2. 屏蔽罩与防震外壳
为减少空气流动和电磁干扰，需在隔振平台上加装金属屏蔽罩。罩体应与底座绝缘，并预留通风口以避免温漂效应。部分机型配备主动隔振系统(如惯性质量块)，需按说明书连接气压或液压管路。
二、样品台与定位系统
1. 样品台机械安装
样品台通常由叁维纳米定位台(如压电陶瓷扫描器或柔性铰链机构)构成。安装时需确保其运动轴与探针扫描方向严格正交：
- X/Y轴校准：使用激光干涉仪或光学显微镜检查扫描台平面度，调整至倾斜角小于0.05°。
- Z轴粗调：通过螺旋升降或压电驱动器将样品台升至探针悬臂下方约1 mm处，留出后续逼近空间。
2. 样品固定
采用双面胶、真空吸附或磁性基座固定样品，需确保样品表面与扫描台平行。对于导电样品，需通过铜箔或银胶建立电接触，避免电荷积累影响成像。
叁、探针与悬臂系统安装
1. 探针架装配
探针架(贬辞濒诲别谤)通常包含可调俯仰角的基座和固联悬臂的卡槽。安装步骤如下：
- 悬臂固定：使用真空吸附或静电夹持方式固定探针，避免机械压力导致悬臂形变。
- 角度调整：通过旋转基座或微调螺丝，使悬臂长轴与样品台X轴平行，偏差需控制在±0.5°内。
2. 探针-样品间距设置
利用光学显微镜观察悬臂与样品间隙，初步逼近至10-50 μm范围。随后切换至干涉仪模式，通过激光反射信号监控悬臂挠度，逐步缩小间隙至亚纳米级。
四、光学检测系统调试
1. 激光对准与反射接收
- 入射光路：半导体激光器(典型波长635-670 nm)需通过光纤耦合至分光镜，调整至垂直照射悬臂背面，光斑直径约50 μm。
- 反射接收：四象限光电探测器(QPD)需与悬臂反射光共轴，通过调节透镜焦距使光斑聚焦于探测器中心区域。
2. 光杠杆灵敏度优化
调整悬臂反射区域的镀金涂层(通常为Al或Au)，使激光反射率>70%。通过微调探测器增益，确保悬臂微小位移(<1 nm)能产生可分辨的电压信号。
五、电子控制系统与数据采集
1. 信号链路连接
- 前置放大：QPD输出信号需接入低噪声电流放大器(增益10^4-10^5 V/A)，滤波截止频率设为10 kHz以抑制高频噪声。
- 反馈回路：Z轴压电陶瓷的驱动信号由比例-积分-微分(PID)控制器生成，需根据悬臂共振频率(通常为10-500 kHz)调整反馈带宽。
2. 模数转换与软件同步
数据采集卡(≥16位分辨率)需与扫描触发信号同步，采样率至少为共振频率的5倍。软件端需校准零点漂移，并设置扫描区域(如50×50 μm²)和像素驻留时间(1-100 ms/pixel)。
六、关键参数校准与验证
1. 噪声测试
关闭反馈回路，采集悬臂热噪声信号(典型值<10 pA/√Hz)，若超标需检查隔振系统或电气屏蔽。
2. 成像模式验证
- 接触模式：调整探针-样品作用力至1-10 nN，观测原子级分辨率图像。
- 轻敲模式：驱动悬臂振荡幅度>20 nm，Q因子>100，避免粘滑效应。
3. 非线性校正
使用石墨烯或光栅标样进行压电滞后校准，通过多项式拟合修正齿/驰轴扫描非线性误差(典型目标&濒迟;0.1%)。
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