原子力显微镜——袁涛分析报告.ppt

原子力显微镜 报告人：袁涛 组员：付绿平、杜星、尹国恒、郭玉龙、文晋 目录 一 原子力显微镜的简介 二 原子力显微镜的工作 三 原子力显微镜的应用 一 原子力显微镜简介 原子力显微镜（Atomic Force Microscope ，AFM），一种可用来研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构的分析仪器。 扫描样品时，利用传感器检测，可获得作用力分布信息，从而以纳米级分辨率获得表面结构信息。 原子力显微镜的组成 它主要由带针尖的微悬臂、微悬臂运动检测装置、监控其运动的反馈回路、使样品进行扫描的压电陶瓷扫描器件、计算机控制的图像采集、显示及处理系统组成。其中微悬臂运动可用如隧道电流检测等电学方法或光束偏转法、干涉法等光学方法检测 。 原子显微镜的特点 5．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。 6．非破坏性，探针与样品表面相互作用力为10-8N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。 7．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、VCD涂层评价、定向薄膜的摩擦处理过程的评价、缺陷分析等。 8．软件处理功能强，其三维图象显示其大小、视角、显示色、光泽可以自由设定。并可选用网络、等高线、线条显示。图象处理的宏管理，断面的形状与粗糙度解析，形貌解析等多种功能。 二 原子力显微镜的工作 工作原理 原子力显微镜:是一种利用原子,分子间的相互作用力来观察物体表面微观形貌的新型实验技术.它有一根纳米级的探针，被固定在可灵敏操控的微米级弹性悬臂上.当探针很靠近样品时,其顶端的原子与样品表面原子间的作用力会使悬臂弯曲,偏离原来的位置.根据扫描样品时探针的偏离量或振动频率重建三维图像.就能间接获得样品表面的形貌或原子成分。 AFM是在扫描隧道显微镜（STM），的基础上发展起来的。所不同的是，它不是利用电子隧道效应，而是利用原子之间的范德华力作用来呈现样品的表面特性。 样品要求 原子力显微镜研究对象可以是有机固体、聚合物以及生物大分子等，样品的载体选择范围很大包括云母片、玻璃片、石墨、抛光硅片、二氧化硅和某些生物膜等 。其中最常用的是新剥离的云母片，主要原因是其非常平整且容易处理 。 　 试样的厚度，包括试样台的厚度，最大为10 mm。试样的大小以不大于试样台的大小（直径20 mm）为大致的标准。稍微大一点也没问题。但是，最大值约为40 mm。 工作模式 原子力显微镜的工作模式是以针尖与样品之间的作用力的形式来分类的。主要有以下3种操作模式:接触模式(contact mode) ，非接触模式( non - contact mode) 和敲击模式( tapping mode) 。 除了三种常见的三种工作模式外，原子力显微镜还可以进行下面的工作：横向力显微镜（LFM） 、 曲线测量、纳米加工。 三 原子力显微镜的应用 表面形貌的观测　 通过检测探针与样品问的作用力可表征样品表面的三维形貌，这是 AFM 最基本的功能。 AFM 在水平方向具有0.1~0.2nm的高分辨率，在垂直方向的分辨率约为0.01nm。尽管 AFM 和扫描电子显微镜（SEM）的横向分辨率是相似的，但AFM和SEM两种技术的最基本的区别在于处理试样深度变化时有不同的表征。由于表面的高低起伏状态　能够准确地以数值的形式获取，AFM对表面整体图像进行分析可得到样品表面的粗糙度、颗粒度、平均梯度、孔结构和孔径分布等参数，也可对样品的形貌进行丰富的三维模拟显示，使图像更适合于人的直观视觉。在半导体加工过程中通常需要测量高纵比结构，像沟槽和孔洞，以确定刻蚀的深度和宽度。这些在SEM下只有将样品沿截面切开才能测量。AFM可以无损的进行测量后即返回生产线。 纳米材料的分析　 纳米材料科学的发展和纳米制备技术的进　步，将需要更新的测试技术和表征手段，以评价纳　米粒子的粒径、形貌、分散和团聚状况。原子力显微镜的横向分辨率为0.1~0.2nm，纵向为0.01nm，能够有效的表征纳米材料。 原子级高分辨率，在平行和垂直于样品表面方向分别可达0.1nm和0.01nm. 可实时的得到实空间中表面的三维图像，可用于具有周期或不具备周期性的表面结构。 可以观察单个原子层的局部表面结构，而不是整个表面的平均性质 可在真空，大气及常温等不同环境下工作，甚至可以浸