nanovie stm educa user’s manual 奈維掃描穿隧式顯微鏡操作手冊 ·...

Nanovie STM Educa

User’s Manual

奈維掃描穿隧式顯微鏡

操作手冊

§ 目錄 §

一、Nanovie STM Educa 源起 ..................................................................................2

二、Nanovie STM Educa 儀器架構 ..........................................................................3

三、Nanovie STM Educa 機械主體介紹 ..................................................................4

四、Nanovie STM Educa 電子控制盒介紹 ..............................................................8

五、Nanovie STM Control 控制介面程式操作說明 .............................................10

六、Nanovie STM Educa 儀器操作說明 ...............................................................14

七、Nanovie 奈米影像處理暨分析軟體 ..................................................................17

八、探針製作..............................................................................................................22

Nanovie STM Educa 1 / 24

一、Nanovie STM Educa 源起

Dr. G. Binnig、Dr. H. Rohrer 與 Dr. C. Gerber 於 1980 年代初期，在 IBM 之瑞士研究

中心，利用球體近似之尖銳探針，尖端曲率直徑約 10-100 nm，距離原子等級平整表面

約 1 nm 下，經由偏壓所產生穿隧電流的特性，發展出「掃描穿隧電流顯微鏡」(scanning

tunneling microscope, STM)。此技術因此被利用來解析晶體表面原子結構與電子分佈

情形。

STM 取得樣品表面三度空間形貌之原理，在於利用穿隧電流與偏壓兩個數值之回饋，

控制掃描頭水平(XY)與垂直(Z)方向之位移，使探針沿樣品表面高低起伏前進時，兩者

間距離保持固定。掃描過程所紀錄之掃描頭水平方向與垂直方向三個位移數值，即為描

繪樣品表面形貌之數據。(參照 fig. 1)。

鑑於設置專業 STM 等奈米相關儀器所需經費甚鉅，致使奈米相關教育無法普及，奈維

採用相關之替代技術，在維持研究級掃圖水準下，開發出較低成本之 Nanovie STM

Educa，以期能讓更多學生更早親身接觸到奈米世界，為奈米科技發展奠定基礎。

Nanovie STM Educa 採用定電流方式，擷取掃描時所產生之穿隧電流數值，依此回饋控

制掃描頭來維持穿隧電流大小，進而保持探針與樣品表面距離固定。機械結構上的開放

式設計，在於讓學習者瞭解 STM 儀器構造各部份之設計原理，以及操作上的物理涵義。

Fig. 1


二、Nanovie STM Educa 儀器架構

Nanovie STM Educa 儀器架構可分為三大系統，分別為(1)機械主體、(2)電子控制盒、

與(3)奈米影像處理暨分析軟體。經特殊設計，Nanovie STM Educa 可不使用真空系統、

超低溫裝置與避震桌，在常溫常壓下，能穩定的取得專業等級之掃圖。

「機械主體」採開放式設計，由掃描元件、探針座、樣品座、掃描基台、精密歩進元件、

攝影機、避震元件組成。（請參閱第三章，圖解於 p.4 之 fig. 2。）

「電子控制盒」用以控制掃描元件並取得樣品表面之拓撲數據，包含 I-Gain 與 P-Gain

旋鈕分別控制掃描頭反應速率與反應位移量。經由網路線與 SMA 線與「機械主體」連

接，前者提供偏壓控制掃描元件，後者用以取得探針與樣品間之穿隧電流值；並經由

USB 線與電腦連接，以透過安裝於電腦之 Nanovie STM Control 程式進行掃圖之控制。

（請參閱第四章，圖解於 p.8 之 fig. 4。）

「奈米影像處理暨分析軟體」將取得之原始數據依使用者需求，轉換成圖形；計算表面

形貌之各種特徵值，取得分析所需資料。（請參閱第七章）


三、Nanovie STM Educa 機械主體介紹

g

i

fk

j h

n

m

e

d

c

b

a

Fig. 2

a…避震框架(上下板及支柱)

b…避震彈簧

c…粗調螺旋步進器

d…微調螺旋步進器

e…掃描主體(上下板)

f…掃描元件

g…裝卸用固定螺絲(及上下孔)

h…樣品座

i…探針座

j…網路線插座

k…SMA 插座(圖示背面)

m…攝影機

n…攝影機 USB 線接頭


避震元件 (fig 2. - a, b)

配合 STM Educa 掃描基台整體重量所設計的彈簧避震系統，用以隔絕外來震動。

手動精密螺旋步進器(fig. 2 - c, d)

利用兩組精密螺絲配合所設計之手動步進機制，粗調（fig. 2 - c）可達每度 0.8 um

位移量*1，微調（fig. 2 - d）可達每度約 10 nm 位移量*2之精密步進能力。

粗調配合錄影機即時於電腦螢幕上顯示進針距離；微調則配合探針接近樣品表面所

產生之穿隧電流之回饋機制，自動縮針(探針最大回縮量達 1 um)，可有效避免撞

針，並達到高品質掃圖所需之進針精密程度。

ho hfs1s2

Fig. 3

*1. 高精密螺絲之螺距為 0.3mm，粗調每轉一度位移量約 0.3mm / 360°≒0.8um/°。

*2. 微調利用比例法則設計，將精密程度提昇約80倍，達到 10 nm/°。

∵相似三角形 ∴ hf : ho = s1 : (s1 + s2) ≒ 1 : 80

微調每轉一度位移量 ≒ 0.8um / 80 = 10nm

掃描主體 (fig. 2 - e)

掃描基座以避震彈簧懸掛於避震框架之內，採用高重量材質，以達到確保樣品與探

針間相對位置恆定所需之鋼性要求。


掃描元件 (fig. 2 - f)

掃描元件位於掃描基台之底板上，內為壓電材料，外為陶瓷管所製之掃描頭。

掃描元件周圍均採金屬材質，以隔離外來之電磁雜訊干擾。

掃描頭可以置換。加入長掃描頭即為大範圍掃描模式，卸下長掃描頭即成為高解析

度掃描模式：

- 大範圍掃描模式之最大掃描範圍視各基台之掃描頭而定，約為 3000 ~ 4500nm，XY方向解析度最高約 5 nm。

- 高解析度掃描模式之最大掃描範圍則約為 1000 ~ 1500 nm，XY方向解析度最高可達 2 nm，在探針、環境、與參數條件良好時可更高。

樣品座(fig. 2 - h)

樣品座利用強力磁鐵吸附於掃描頭圓盤上，易於裝卸。

※ 注意：放置樣品座時須以樣品座底部內緣，接近水平但稍微傾斜之方式靠近掃

描頭圓盤外緣，輕輕接觸後再平移，推入適當位置，避免垂直放入。磁鐵強力吸附

所產生之碰撞，長久可能影響精密程度，甚至造成部品損壞。


探針座(fig. 2 -i)

探針座底部以強力磁鐵吸附於掃描基台上板，易於裝卸。探針以鎢絲製成，針尖曲

率直徑小於 100nm，以兩個縲絲雙邊固定於探針座之針孔中。

※ 注意：放置探針座時須以探針座底部內緣，接近水平但稍微傾斜之方式靠近掃

描基台上板之探針座磁性甲板外緣，輕輕接觸後再平移，推入適當位置，避免垂直

放入。磁鐵強力吸附所產生之碰撞，長久可能影響精密程度，甚至造成部品損壞。

網路線插座(fig. 2 - j)

連接與電子控制盒相接之掃描頭控制網路線，提供電壓以控制掃描元件之X, Y, Z

三個方向之位移量。

SMA線插座(fig. 2 - k)

連接與電子控制盒相接之穿隧電線訊號SMA線，用以取得探針與樣品間之穿隧電

流值。

攝影機 (fig. 2 - m)

位於掃描基台上下板中間、倒掛於掃描基台上板之下，用以即時監視進針狀況，作

為粗調進針之判斷。

攝影機USB線接頭 (fig. 2 - n)

為獨立於STM Educa系統之外之影像訊號線，直接連接攝影機與電腦。

需在進針前即連接妥當，待完成粗調進針後務必將此USB線拔離掃描基台，以避免

外界震動傳入。


四、Nanovie STM Educa 電子控制盒介紹

a. I-Gain b. P-Gain c. SMA線插座 d. 電源線插座 e. 電源開關 f. 介面控制USB線插座 g. 網路線插座 h. 變壓器

Fig. 4

電子控制盒內部由放大器、回饋電路、16-bit 之 D/A 與 A/D 轉換元件等電子電路構成，

經由電腦端介面程式之參數設定，傳送掃描頭所需之 X, Y, Z 電壓控制掃描行為用，並

提供回饋控制，取得 Z 軸高度數據。

電子控制盒外部說明如下：

I-Gain旋鈕(fig. 3 - a)

為偵測穿隧電流比較後所作之積分增益，用以回饋控制掃描頭對於穿隧電流訊號變

化的反應速率，意即掃描頭在Z軸上之移動反應的靈敏度。

初始狀態需設為最大值，進針時才能在接觸樣品的瞬間即時縮回探針，避免撞針。

當進針完成後，需將 I-Gain 反應調小達到來回穩定掃描之狀態。

P-Gain旋鈕(fig. 3 - b)

為偵測穿隧電流比較後所作的放大增益，用以回饋控制掃描頭對於穿隧電流訊號變

化的反應程度，意即掃描頭在Z軸上移動反應之位移量。

初始狀態需設為最大值，進針時才能大幅度縮回探針，以避免在進針時造成撞針。

當進針完成後，需將 P-Gain 反應調小達到來回穩定掃描之狀態。


SMA線插座(fig. 3 -c)

連接與機械主體相接之SMA線，用以取得探針與樣品間之穿隧電流值，提供回饋

電路比較控制掃描頭之伸縮量，以維持探針與樣品間之固定距離。

電源線插座(fig. 3 - d)

經下述規格變壓器連接電源。

介面控制USB線插座(fig. 3 - f)

連接與電腦相接之USB 2.0 傳輸線，以透過安裝於電腦之Nanovie STM Control

程式進行掃圖之控制。

網路線插座(fig. 3 - g)

係連接電路盒與機械主體相接之網路線，提供電壓以控制掃描元件X, Y, Z三個方向

之位移量。

變壓器(fig. 3 - h)

輸入AC 110V (50 / 60 Hz); 輸出 DC 12 V (25 W)

控制介面程式

本電子控制盒需輔以電腦上所安裝之 Nanovie STM Control 控制介面程式，來

協助調整 I-Gain 與 P-Gain、設定穿隧電流值、探針與樣品間之偏壓、掃描速度、

掃描範圍、解析度等各種參數。（請參閱第五章）


五、Nanovie STM Control 控制介面程式操作說明

Fig. 5


a. 掃描頭伸縮桿：此伸縮桿主要功能在於：(1)監視微調進針，(2)調整I-Gain、P-Gain，(3)確認掃圖

過程掃描頭狀態，以改善掃圖品質。

伸縮桿初始狀態為全黑，代表掃描頭完全伸展，無任何收縮。當進針而至穿隧電流

產生時，掃描頭會經由回饋控制而縮回，此時黑色之伸縮桿亦往回縮，顯示出空白

的部份即表示掃描頭回縮量。整個伸縮桿剛好完全縮回，成為空白欄位時，表示掃

描頭達到最大的回縮量。此時再進針將導致撞針。

最佳的掃描條件為掃描頭之平均回縮量保持在最大回縮量之一半，亦即此伸縮桿位

於此欄位之一半處，此時黑白區域各佔一半。

b. Sample Bias（樣品偏壓）：設定加諸於樣品相對於探針之偏壓，正負電壓效果相同，但不可設為零。探針接地，

為相對之零電壓。預設值為 0.5V。

c. Set Current（定電流）：設定固定之穿隧電流值，使探針與樣品表面在掃圖過程中經由定電流回饋控制而保

持一固定距離。所設定之穿隧電流值愈大，則探針與樣品所保持之距離愈小；設定

值愈小，則保持之恆定距離愈遠。

穿隧電流之適當設定值主要依樣品表面形貌高低起伏程度而定，形貌變化劇烈，則

應讓探針與樣品表面保持較大之距離。預設值為 3.0nA。

d. Dwelling Time 駐留時間：用以設定掃描過程中在每一個取樣點所停留的時間，時間設定較長，可提高所取得

數據之可靠度；時間設定較短，則可增加掃描速度。

需注意駐留時間設定過長，反而可能產生熱飄移而得到較模糊的影像；駐留時間設

定過短，可能來不及取得正確數據，甚至有可能造成撞針。

預設值為最小值 1ms。依樣品特性、對掃圖品質與速度之要求而調整。

e. Pulse（脈衝加壓）：按下 Pulse 鍵會產生一個時間長為 Pulse Time、大小為Pulse Voltage值的方波電

壓，此脈衝電壓值可設定之範圍為+10 V 至 -10 V。

Pulse 之目的在於提供快捷之修針機會。修針方式為製造瞬間大電場來改變針尖原

子排列狀況，以期使針尖有機會恢復較佳狀態。常用之脈衝電壓為 0.5 V ~ 10 V，

建議由小電壓開始嘗試。Pulse Time 長短約 1ms。

f. Scanner Mode（掃描頭模式）選擇掃描頭模式，高解析度掃描模式最高解析度可達 2nm，在探針、環境與設定條


件良好時可以更高；大範圍掃描模式最大範圍視各基台之掃描頭而有差異，最大可

達 3000nm 至 4500nm。

為得到高掃描品質，盡量避免使用最大範圍掃描，建議高品質掃描之掃描範圍如下：

高解析度掃描模式下約為 50 nm × 50 nm 至 700 nm × 700 nm 之間。

大範圍掃描模式下約為 150 nm × 150 nm 至 2000 nm × 2000nm 之間。

g. Scan Area（掃描區域）外框代表最大掃描範圍，內框代表目前選取之掃描區域。

外框尺寸之大小由掃描頭模式(Scanner Mode)決定。內框由掃描區域大小(Scan

Area)與掃描區域位置(Scan Position: Offset X & Offset Y)決定。圓點表示目前探針

於樣品表面之位置。

h. Scan Position（掃描區域位置）：設定掃描區域之相對位置。初始掃描區域為最大掃描區域之中央位置，輸入相對於

初始掃描區域之參考位移 Offset X 與 Offset Y，即可改變掃描區域之位置。Offset

X 與 Offset Y 參數改變時，掃描區域狀態中代表掃描區域的內框將隨之改變，代

表探針之圓點也將隨之移動到新的掃描起點。

i. Image Size（影像大小）：設定掃描影像擷取之數據點數，範圍為 100 × 100 ~ 400 × 400 points。高點數可

提供高解析度掃圖，但相對耗時；低點數可作為預掃或快速掃圖之用。預掃常用之

大小為 200 × 200，高品質掃圖常用大小為 400 × 400。

j. Real-Time Scan Preview（即時掃圖預視窗）即時顯示取得之樣品表面形貌。

k. Auto Contrast（自動對比）：此功能將持續地自動調整影像對比，使即時掃圖預視窗之影像未經影像處理即清晰

可以辨視。

l. Y Scan：預設之掃圖方向為X方向橫向掃圖，可設定為沿Y方向掃圖。

m. Single Scan or Continuous Scan（單張掃圖或連續掃圖）：預設為單張掃圖模式。選取 Continuous 將改變為連續掃圖模式，此模式將在掃描

至最底端時，再由最底端沿原路徑往起始點掃描，並持續往覆掃描，至使用者停止

（Stop）為止。


n. Scan ：按下Scan即可開始掃描。

按下Scan前，請再次確認：

(1) 掃描頭伸縮桿已穩定位在中央； (2) 機械主體靜止不再晃動

o. Stop：停止掃描。

在單張模式下，掃描停止或完成後才能存檔。停止後再掃描，將清除目前取得數據，

重新掃圖。

在連續模式下，掃描停止後再掃描，將接續目前掃描進度。

p. Save 將掃描取得之數據存檔（資料檔）。

在單張模式下需在掃描完成後、或是按下Stop鍵後，才能存檔。

在連續模式下，則可在掃圖過程中，任意儲存當下之數據。


六、Nanovie STM Educa 儀器操作說明

(1) 機械主體準備與設置 1. 移開透明遮風罩 2. 確認掃描基台由避震彈簧確實懸吊 3. 確認粗調與微調螺旋步進器處於退針狀態、並保持水平 4. 確認探針與探針座是否置於適當位置 5. 確認樣品是否正確置於載台之上 6. 確認掃描元件是否有加裝長形掃描頭 7. 以「影像傳輸USB線」將攝影機連接至電腦。

(2) 電子控制盒準備與設置 1. 以「網路線」進接電子控制盒與機械主體 2. 以「SMA線」進接電子控制盒與機械主體 3. 以「介面控制USB線」進接上電子控制盒與電腦 4. 使用STM Educa 專用之變壓器，將電子控制盒接上110V之交流電源 5. 確認 I-Gain, P-Gain 旋轉至最大值，逆時針轉到底為最大值。

(3) 取出或置放探針座 1. 請先順時鐘旋轉粗調螺絲至樣品與探針有足夠安全距離為止。 2. 使用裝卸用固定螺絲(fig. 2-h)將掃描基台(fig. 2- )下板與避震框架(fig.2 - )上板

固定，避免晃動影響操作。

3. 翻開掃描基台之上板。 4. 取出探針座，請利用鑷子夾住探針座，以平移施力方式，將磁力吸附式探針座從

掃描主體上板之探針座載台上小心取下。

5. 置放探針座，請利用鑷子夾住探針座，接近水平但稍微傾斜之方式，以探針座底部內緣，靠近掃描主體上板之探針座磁性甲板外緣，輕輕接觸後再平移推入適當

位置，注意勿垂直放入，也不可在過程中鬆開。磁鐵強力吸附所產生之碰撞，長

久可能影響精密程度，甚至造成部品損壞。

6. 將上板對準精密螺絲位置放置回原處。

(4) 更換探針 1. 更換探針前需先將探針座自掃描基台上取下。請參考步驟(3)。 2. 鬆開探針座雙邊固定螺絲，利用鑷子將舊探針取出。 3. 鬆開探針保存盒之固定螺絲，利用鑷子將探針從針盒中取出。 4. 需要時，將探針置於光學顯微鏡下觀察，確定針尖狀況是否良好。


5. 利用鑷子將新探針放入探針孔中，並將探針座雙邊固螺絲鎖上，至探針固定不晃動為止。

6. 請依步驟(3)將探針座放置回探針座台，避免針尖損壞，或探針座遺失。

(5) 置放樣品 1. 請先順時鐘旋轉粗調螺絲至樣品與探針有足夠安全距離為止。 2. 使用裝卸用固定螺絲(fig. 2-h)將掃描基台(fig. 2- )下板與避震框架(fig.2 - )上板

固定，避免晃動影響操作。

3. 翻開掃描基台之上板。 4. 請利用鑷子，將樣品從樣品盒中取出。請勿讓手指或異物碰觸樣品表面。 5. 置放樣品，請利用鑷子夾住樣品底座，接近水平但稍微傾斜之方式，以樣品座底

部內緣，靠近掃描頭圓盤外緣，輕輕接觸後再平移推入適當位置，注意勿垂直放

入，也不可在過程中鬆開。磁鐵強力吸附所產生之碰撞，長久可能影響精密程度，

甚至造成部品損壞。

6. 取出樣品，請利用鑷子夾住樣品座，以平移施力方式，將磁力吸附樣品針座從掃描頭圓盤上之樣品座台上小心取出。請避免以斜向或垂直方向往上拔取，此舉容

易造成碰撞，導致探針或樣品損壞。

7. 將上板對準精密螺絲位置放置回原處。

(6) 進針前準備與確認掃描主體上板呈水平狀態。將電子控制盒之 I-Gain 與 P-Gain 旋鈕逆時鐘向方調至最大，減少微調進針時探針撞針的機會。

開啟攝影機影像擷取程式，確認能有效辨識粗調進針狀況。必要時須調整攝影鏡頭之焦距，調整至針尖的影像清晰。

開啟STM Control掃圖控制介面程式，確認掃描頭伸縮桿全黑正常。

(7) 粗調進針 1. 粗調螺旋步進器由兩只高精密螺絲構成，需用兩手同時以同方向同幅度旋轉控

制。逆時鐘方向為進針。

2. 粗調進針時，眼睛注視攝影機影像擷取之畫面中，針尖與樣品表面所反射之針尖倒影的距離，至此距離小於約0.5 mm 以下，即停止粗調。

3. 完成粗調後，請務必將影像傳輸USB線拔離掃描基台，再進行微調。

(8) 微調進針 1. 微調前請將影像傳輸USB線拔離掃描基台，再鬆開裝卸用固定螺絲，小心的讓掃

描基台恢復懸吊狀況。

2. 微調螺旋步進器由一只高精密螺絲構成，以單手儘可能緩慢而穩定的旋轉控制，


另一手扶住掃描基台。逆時鐘方向為進針。

3. 微調進針時，眼睛注視著STM Control控制介面程式上掃描頭伸縮桿，當掃描頭一有回縮訊號時，請先即刻暫停微調進針。再緩慢的調整至掃描頭伸縮量約達

50%。

4. 將 I-Gain 調小，降低掃描頭反應速率，至掃描頭伸縮桿不再快速跳動、趨於穩定為止。

5. 將 P-Gain 調小，降低掃描頭反應幅度，至掃描頭伸縮桿不再有大幅跳動、趨於穩定為止。

6. 反覆微調進針與I-Gain, P-Gain，直至掃描頭伸縮狀態穩定位於中央50%處。

(9) 預掃選取低影像大小（100 × 100 ~ 200 × 200 pts），低駐留時間（ 2 ~5 ms），按下

scan鍵進行預掃，以快速取得部份影像，判斷掃得圖形品質之優劣，決定是否需再

微調I-Gain, P-Gain，並判斷針尖狀況是否合格。

(10) 開始掃圖設定Set Current、Bias、Dwelling Time、Scan Area、Scan Position、Image Size，確認所選取之掃描模式（大範圍或高解析度）正確無誤，即可按下「Scan」鈕

開始掃圖。按下「Save」儲存取得之拓撲數據。

建議選取 Auto Contrast 自動調整影像對比，可即時顯示清晰可辨之影像。若需要中途存檔，需在掃圖開始前，即選擇連續掃描模式(Continuous)。

(11) 即時修正參數掃描過程中可即時改變Set Current、Bias、Dwelling Time，並調整I-Gain、P-Gain

來改善掃描品質。

(12) 即時修針在判斷掃圖品質不好的原因為針尖狀況不佳時，可在掃描進行中按下 Pulse 鍵給

於一瞬間大電壓，透過針尖與樣品間之作用力改變針尖狀況，有機會改善針尖狀

況，而掃得較好的圖。

在針尖狀況良好時進行修針，也有可能惡化針尖狀況。可重覆進行修針，但當修針

無法改善掃圖品質，則需更換新的探針，或同時檢視其他掃圖品質不佳的原因。

(13) 收納掃描完畢，需將粗調和微調螺絲以順時鐘方向旋轉，進行退針動作。注意粗調退針量要與微調退針量需相等，以確保掃描主體上板維持水平。

退針動作完畢後，請將I Gain與P Gain調回至最大值。


七、Nanovie 奈米影像處理暨分析軟體

※ 掃描檔案預覽

File > Overview 選取掃描檔案存放之資料夾

Fig. 6

※ 開啟掃描檔案

File > Overview中雙擊所欲開啟檔案之預覽圖。 File > Open 選取所欲開啟之檔案，附檔名.xqj。


※ 檔案處理之基本前置步驟

(1) De-Slope 軟體影像平坦化處理，用以去除樣品相對於掃描頭所存在的斜率，同時修正斜率造成的度量偏差。

1. Processing > Filter > Background (Fig. 7) 2. Plane > De-Slope (Fig. 8) 3. Single Apply

(2) Take-Over 影像接管，接管前置處理完之拓撲資料。接管後再進行影像處理及編修，將不會改變到原始拓撲資料。

Fig. 7 未經處理的圖檔

Fig. 8 平坦化後的圖


※ 常用影像處理與分析工具：

(1) Smooth Processing > Filter > Matrix Operation

Average(4NN) or Average(8NN)

Single Apply or Multiple Apply

Fig. 9

Fig. 10


(2) 3D Display Display > 3D Display

3D影像雜訊過多時，可利用Smooth取得較佳之3D影像。

Fig. 11

(3) Line Profile Display > Line Profile

拉線可以顯示縱切面之形貌；點選任意兩點可取得高度差及距離資訊。

Fig. 12


(4) Roughness Estimation Display > Roughness

選取所需計算之區域。

Fig. 13


八、探針製作

(1) 準備2M KOH 溶液：秤9克 KOH 放入燒杯，加少量DI water(去離子水)，用玻棒攪拌。待KOH完全溶解後，加 DI water 至80ml，再把KOH 溶液加入乾淨之 U

型玻璃管。

(2) 用鑷子夾住一段鎢絲(直徑0.3mm)，浸入U 型管一端的KOH 溶液約0.5cm深。 (3) 使用7 伏特電壓源，鎢絲端加正電，U 型管另一端加負電。陰極可使用金線、不

鏽鋼、石墨…等。

(4) 開啟電源後，陰極產生氫氣，陽極鎢絲則越來越細，約過了十分鐘後，開始注意鎢絲是否將要斷掉。眼睛緊盯鎢絲末端，待鎢絲末端斷裂掉落的瞬間關掉直流電源。

此步驟非常重要，關掉電源速度越快，可得到品質越佳的針尖。一般可得曲率半徑

小於100nm 的針尖。

(5) 以光學顯微鏡下觀察針尖是否良好。良好針尖請參考 Fig. 15。 (6) 注意： KOH 屬於強鹼，請穿戴化學實驗衣與眼鏡。無化學實驗衣者請穿著長袖

衣褲。若不小心沾到鹼液，須立即以大量清水沖洗。

Fig. 14


陰極反應： � � 6H2 O + 6e →3H2 + 6OH

陽極反應： � � � W + 8OH →WO + 4H 2O + 6e

理想STM 探針形狀(SEM 取得之影像)

Fig. 15


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nanovie stm educa user’s manual 奈維掃描穿隧式顯微鏡 操作手冊 ·...

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