子力顯微鏡(Atomic Force Microscopy,AFM)是掃描探針顯微鏡(Scanning ProbcMicros∞pe,SPM)的一種,它利用非常細小的探針,非常緩慢地在材料表面移動,D3571D以接觸或非接觸的方式,根據(jù)探針和材料表面的相互作用,來探知材料表面的細微結構,如原子的規(guī)則排列、表面形貌(topography)等。離子束切削加工后,可獲得尖端半徑更小的探針。探針的尖端大小和探針形狀直接影響AFM的平面分辨率,通常,探針越尖,圖像的平面分辨率越高。

   探針掃描裝置

   探針的定位與掃描需要非常高的尺寸精度,囚此掃描部件一般都使用壓電陶瓷元件,在空間的XYz方向上各使用一個元件,可以實現(xiàn)探針的精確的移動控制。

   作用力檢測部分

   在原子力顯微鏡(AFM)的系統(tǒng)中,所要檢測的力是原子與原子之間的范德華力。所以在本系統(tǒng)中是使用微小懸臂(cantilevcr)來檢測原子之問力的變化量。微懸臂通常由一個一般100~500um長和500nm~5um厚的硅片或氮化硅片制成。微懸臂頂端有一個尖銳針

尖,用來檢測樣品與針尖間的相互作用力。這微小懸臂有一定的規(guī)格,例如長度、寬度、彈性系數(shù)以及針尖的形狀,而這些規(guī)格的選擇是依照樣品的特性以及操作模式的不同,而選擇不同類型的探針。

   在原子力顯微鏡的系統(tǒng)中,二極管激光器(l灬er山ode)發(fā)出的激光束經(jīng)過光學系統(tǒng)聚焦在微懸臂(cantil四cr)背面,并從微懸臂

背面反射到由光電二極管構成的光斑位置檢測器(de1cc1or)。因而,通過光電二極管檢測光斑位置的變化,就

能獲得被測樣品表面形貌的信息。在樣品掃描時,由于樣品表面的原子與微懸臂探針尖端的原子間的相互作用力,微懸臂將隨樣品表面形貌而彎曲起伏,反射光束也將隨之偏移,在整個系統(tǒng)中是依靠激光光斑位置檢測器將偏移量記錄下并轉換成電的信號,以供SPM控制器做信號處理.

   在AFM中要得到樣品垂直方向約0.01A的精確度,探針和樣品間距的穩(wěn)定度需維持在0,001A。環(huán)境的震動振幅遠遠超過這個量級百萬倍,囚此必須隔離環(huán)境的震動。AFM的防震設 計包括兩方面,一是設備與周圍環(huán)境震動的隔離,二是成像裝置部分本身具有較大的剛度。組合使用黏彈性的高分子橡膠和金屬彈簧,以盡量過濾各種頻率的振動,實現(xiàn)與周圍環(huán)境震動的隔離。

   原子力顯微鏡主要的構成組件有探針、探針定位與掃描裝置、作用力檢測部分、反饋控制單元等。

   探針可能經(jīng)常與樣品表面接觸,為避免針尖彎折或斷裂,探針材料需選擇較硬的金屬,鎢絲是最常用的材料。鎢絲經(jīng)過電化學腐蝕,形成尖端半徑為數(shù)十納米的探針.