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原子力顯微鏡基本原理

 



原子力顯微鏡是以掃金相顯微鏡描 隧道顯微鏡基本原理發展起來的掃描探針顯微鏡。原子力顯微鏡的出現無疑為納米科技的發展起到了推動作用。以原子力顯微鏡為代表的掃描探針顯微鏡是利用一種 小探針在樣品表面上掃描,從而提供高放大倍率觀察的一系列顯微鏡的總稱。原子力顯微鏡掃描能提供各種類型樣品的表面狀態信息。與常規顯微鏡比較,原子力顯 微鏡的優點是在大氣條件下,以高倍率觀察樣品表面,可用於幾乎所有樣品(對表面光潔度有一定要求),而不需要進行其他制樣處理,就可以得到樣品表面的三維 形貌圖像。並可對掃描所得的三維形貌圖像進行粗糙度計算、厚度、步寬、方框圖或顆粒度分析。

原子力顯微鏡可以檢測很多樣品,提供表面研究和生產控制或流程發展的數據,這些都是常規掃描型表面粗糙度儀及電子顯微鏡所不能提供的。

原子力顯微鏡是利用檢測樣品表面與細微的探針尖端之間的相互作用力(原子力)測出表面的形貌。

探針尖端在小的軔性的懸臂上,當探針接觸到樣品表面時,產生的相互作用,以懸臂偏轉形式檢測。樣品表面與探針之間的距離小於3-4nm,以及在它們之間檢 測到的作用力,小於10-8N。激光二極管的光線聚焦在懸臂的背面上。當懸臂在力的作用下彎曲時,反射光產生偏轉,使用位敏光電檢測器偏轉角。然後通過計 算機對采集到的數據進行處理,顯微鏡從而得到樣品表面的三維圖像。

完整的懸臂探針,置放於在受壓電掃描器控制的樣品表面,在三個方向上以精度水平0。1nm或更小的步寬進行掃描。一般,當在樣品表面詳細掃繪(XY軸) 時,懸臂的位移反饋控制的Z軸作用下保存固定不變。以對掃描反應是反饋的Z軸值被輸入計算機處理,得出樣品表面的觀察圖像(3D圖像)。

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