原子力显微镜及其应用

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1、原子力显微镜及其应用原子力显微镜是以扫描隧道显微镜基本原理发展起来的扫描探针显微镜。原子力显 微镜的出现无疑为纳米科技的发展起到了推动作用。以原子力显微镜为代表的扫描探针 显微镜是利用一种小探针在样品表面上扫描，从而提供高放大倍率观察的一系列显微镜 的总称。原子力显微镜扫描能提供各种类型样品的表面状态信息。与常规显微镜比较， 原子力显微镜的优点是在大气条件下，以高倍率观察样品表面，可用于几乎所有样品（对 表面光洁度有一定要求），而不需要进行其他制样处理，就可以得到样品表面的三维形 貌图象。并可对扫描所得的三维形貌图象进行粗糙度计算、厚度、步宽、方框图或颗粒 度分析。原子力显微镜可以检测很多样品

2、，提供表面研究和生产控制或流程发展的数据，这 些都是常规扫描型表面粗糙度仪及电子显微镜所不能提供的。一、基本原理原子力显微镜是利用检测样品表面与细微的探针尖端之间的相互作用力（原子力） 测出表面的形貌。探针尖端在小的轫性的悬臂上，当探针接触到样品表面时，产生的相互作用，以悬 臂偏转形式检测。样品表面与探针之间的距离小于34nm，以及在它们之间检测到的 作用力，小于10-8N。激光二极管的光线聚焦在悬臂的背面上。当悬臂在力的作用下弯 曲时，反射光产生偏转，使用位敏光电检测器偏转角。然后通过计算机对采集到的数据 进行处理，从而得到样品表面的三维图象。完整的悬臂探针，置放于在受压电扫描器控制的样品表

3、面，在三个方向上以精度水 平0.1nm或更小的步宽进行扫描。一般，当在样品表面详细扫绘（XY轴）时，悬臂的 位移反馈控制的Z轴作用下保存固定不变。以对扫描反应是反馈的Z轴值被输入计算机 处理，得出样品表面的观察图象（3D图象）。二、原子力显微镜的特点1.高分辨力能力远远超过扫描电子显微镜（SEM）,以及光学粗糙度仪。样品表面 的三维数据满足了研究、生产、质量检验越来越微观化的要求。2非破坏性，探针与样品表面相互作用力为 108N 以下，远比以往触针式粗糙度 仪压力小，因此不会损伤样品，也不存在扫描电子显微镜的电子束损伤问题。另外扫描 电子显微镜要求对不导电的样品进行镀膜处理，而原子力显微镜则不需要。3应用范围广，可用于表面观察、尺寸测定、表面粗糙测定、颗粒度解析、突起与 凹坑的统计处理、成膜条件评价、保护层的尺寸台阶测定、层间绝缘膜的平整度评价、陶瓷膜表面形貌的三维图象L.OO1.002.002931 34 nm0/)01.UL .002 t0 m2.：0 um Z-Max 93D.34：nnJ同一样品在微米尺度和纳米尺度下的形貌对比O.ODCOD100.00 x 100.0D nm Z-Max 75.53nm500.00 xSOO.OD nm Z-Max 97.87nm