AFM顯微鏡的與CCD的技術(shù)應(yīng)用-樣品表面精密測(cè)量

原子力顯微鏡

  原子力顯微鏡(AFM)用尖銳的探針探測(cè)樣品表面，探針大
約10微米長(zhǎng)，直徑小于100埃，探針位于大約100～200μm長(zhǎng)的懸臂
的自由末端在探針和樣品之間的力引起了懸臂彎曲或偏轉(zhuǎn)。當(dāng)探針
頂端在樣品上掃描，或樣品在探針頂下面被掃描，探測(cè)器即可測(cè)量
懸臂的偏轉(zhuǎn)。測(cè)量懸臂的偏轉(zhuǎn)可以讓計(jì)算機(jī)做出測(cè)量表面外形的圖
形。與SEM相比，AFM用于研究絕緣體、半導(dǎo)體以及電導(dǎo)體，不需要
特殊和昂貴的樣本準(zhǔn)備。這種儀器的典型的掃描范圍橫向是120μm
，垂直方向是5μm。

  幾種典型的力使AFM懸臂發(fā)生偏轉(zhuǎn)，與原子力顯微鏡普遍
相關(guān)的是原子間力，稱為范德瓦爾斯力。其依賴于探針頂端與樣品
間的距離。接觸方法和非接觸方法。在接觸方法中，

懸臂保持距樣品表面小于幾埃，在懸臂和樣品間的原子力互相
排斥。在非接觸方法中，懸臂保持距樣品幾十到幾百埃，在懸臂和
樣品間的原子力互相吸引(這是范德瓦爾斯力大距離相互作用的結(jié)
果)。

接觸式原子力顯微鏡

  在接觸式原子力顯微鏡模式中(C—AFM)，其作為互相排斥
的模式，原子力顯微鏡的探針頂端與樣品“軟接觸”。探針頂端附
著在具有低彈簧常數(shù)(O．6～2．8N／m)的懸臂末端，其彈簧常數(shù)低
于使樣品間原子聚在一起的有效的彈簧常數(shù)。當(dāng)掃描儀的探針從樣
品表面掠過時(shí)(或樣品在探針下面)，接觸力引起懸臂彎曲，從而引
起圖形的變化。即使用一個(gè)很硬的懸臂施加一個(gè)很大的力在樣品上
，在探針原子和樣品原子之間的原子問的分離也不可能減小太多。
相反，樣品表面會(huì)變形。除了范德瓦爾斯排斥力外，在接觸式原子
力顯微鏡的操作過程中會(huì)呈現(xiàn)出另外兩個(gè)力：通過周圍環(huán)境稀疏的
水層施加的毛細(xì)力和懸臂本身施加的力。

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