原子力顯微鏡及其實(shí)驗(yàn)

（AFM）

浙江大學(xué)理學(xué)院物理系陳老師嚴(yán)老師

1原子力顯微鏡及其實(shí)驗(yàn)

（AFM）

陳老師嚴(yán)老師1

宇宙直徑＝nm

§1.1

背景簡(jiǎn)介—從宏觀尺度到納米世界10352宇宙直徑＝nm§1.1

成人身高＝10～25億

nm

3成人身高＝10～25億nm3頭發(fā)絲直徑＝70,000

nm

血紅細(xì)胞直徑＝8,000

nm

可見光波長(zhǎng)＝380～780

nm集成電路線寬＝130

nm氫原子直徑＝0.10

nm0.1~100nm?換算成納米尺度

半導(dǎo)體集成芯片線寬已達(dá)到極限！納米技術(shù)4頭發(fā)絲直徑＝70,000

18世紀(jì)，

第1次產(chǎn)業(yè)革命（毫米技術(shù)）

20世紀(jì)，

第2次產(chǎn)業(yè)革命（微米技術(shù)）

21世紀(jì)，

第3次產(chǎn)業(yè)革命（納米技術(shù)）蒸氣機(jī)技術(shù)微電子技術(shù)納米技術(shù)納米技術(shù)－下一次產(chǎn)業(yè)革命浪潮518世紀(jì)，納米物理學(xué)納米技術(shù)納米化學(xué)納米材料學(xué)納米生物學(xué)納米電子學(xué)納米量測(cè)學(xué)

納米技術(shù)的分支學(xué)科6納米納米納米納米納米納米納米納米技術(shù)的分支學(xué)科6

掃描隧道顯微鏡

Binnig&Rohrer，1982年，Scanningtunnelingmicroscope，STM。1986年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

原子力顯微鏡及其廣泛應(yīng)用

Binnig&Quate，1986年，Atomicforcemicroscope,AFM。(1986年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng))

§1.2

掃描探針顯微鏡—納米技術(shù)發(fā)展之基礎(chǔ)

7掃描隧道顯微鏡§1.2掃描探針顯微鏡—納STM掃描獲得的Si（111）原子圖象

8STM掃描獲得的Si（111）原子圖象8STM在Cu表面上用101個(gè)Fe原子寫出的漢字“原子”

。9STM在Cu表面上用101個(gè)Fe原子寫出的漢字“原子”STM僅適用于導(dǎo)體半導(dǎo)體AFM廣泛適用10STM僅適用于AFM廣泛適用10

§1.3

原子力顯微鏡(AFM)原理探針逼近樣品時(shí)，兩者間產(chǎn)生原子力：對(duì)應(yīng)于樣品形貌。S原子力11§1.3原子力顯微鏡(AFM)原理探針逼近樣品時(shí)，兩者間

利用微懸臂及光束偏轉(zhuǎn)法檢測(cè)原子力，即可獲得樣品的納米結(jié)構(gòu)形貌將探針－樣品逼近到原子力狀態(tài)。12利用微懸臂及光束偏轉(zhuǎn)法檢測(cè)原子力，即可獲得將探針－樣1

§1.4

原子力顯微鏡的操作步驟

微探針的安裝

（已安裝就緒）。

激光束及光斑的調(diào)節(jié)

（已調(diào)節(jié)至PSD元件左側(cè)位置，就緒）。

樣品的安裝

（先粘貼于樣品臺(tái)上，再小心裝配到掃描器上）。13§1.4原子力顯微鏡的操作步驟微探針的安裝13依次開啟：

電腦0.366525－控制機(jī)箱－高壓電源－激光器操作步驟14依次開啟：電腦0.366525－控制機(jī)箱－高用粗調(diào)旋鈕將樣品逼近探針—至兩者間距約<1mm<1mm粗調(diào)旋鈕15用粗調(diào)旋鈕將樣品逼近探針—至兩者間距約<1mm<1m再用細(xì)調(diào)旋鈕使樣品緩慢逼近微探針—至光斑向PSD移動(dòng)細(xì)調(diào)旋鈕光斑向PSD移動(dòng)16再用細(xì)調(diào)旋鈕使樣品緩慢逼近微探針—至光斑向PSD移動(dòng)細(xì)調(diào)0.366525緩慢細(xì)調(diào)并觀察機(jī)箱讀數(shù)至—PSD信號(hào)約1.6VZ反饋信號(hào)約－150～－4501.666－350170.366525緩慢細(xì)調(diào)并觀察機(jī)箱讀數(shù)至—PSD信號(hào)約1讀數(shù)基本穩(wěn)定后，打開掃描軟件，開始掃描18讀數(shù)基本穩(wěn)定后，打開掃描軟件，開始掃描18……掃描完畢后，細(xì)調(diào)退出樣品；依次關(guān)閉：

激光器—高壓電源—控制機(jī)箱0.36652519……掃描完畢后，細(xì)調(diào)退出樣品；依次關(guān)閉：0.366525

§1.5

原子力顯微鏡掃描及圖像處理（請(qǐng)自行完成）例圖20§1.5原子力顯微鏡掃描及圖像處理（請(qǐng)自行完成）例圖20

按順序開啟：電腦—控制機(jī)箱—高壓電源—激光器。用粗調(diào)旋鈕將樣品逼近微探針—至兩者間距約1mm。再用細(xì)調(diào)旋鈕使樣品逼近微探針—至光斑向PSD移動(dòng)。緩慢細(xì)調(diào)并觀察機(jī)箱的讀數(shù)—PSD信號(hào)約1.6V，Z反饋信號(hào)約－150～－450。讀數(shù)基本穩(wěn)定后，打開掃描軟件，開始掃描。……掃描完畢后，細(xì)調(diào)退出樣品，依次關(guān)閉：激光器—高壓電源－控制機(jī)箱……操作步驟21按順序開啟：電腦—控制機(jī)箱—高壓電源—激光器。操作步驟2ThankyouVeryMuch!22Thankyou22原子力顯微鏡及其實(shí)驗(yàn)

（AFM）

浙江大學(xué)理學(xué)院物理系陳老師嚴(yán)老師

23原子力顯微鏡及其實(shí)驗(yàn)

（AFM）

陳老師嚴(yán)老師1

宇宙直徑＝nm

§1.1

背景簡(jiǎn)介—從宏觀尺度到納米世界103524宇宙直徑＝nm§1.1

成人身高＝10～25億

nm

25成人身高＝10～25億nm3頭發(fā)絲直徑＝70,000

nm

血紅細(xì)胞直徑＝8,000

nm

可見光波長(zhǎng)＝380～780

nm集成電路線寬＝130

nm氫原子直徑＝0.10

nm0.1~100nm?換算成納米尺度

半導(dǎo)體集成芯片線寬已達(dá)到極限！納米技術(shù)26頭發(fā)絲直徑＝70,000

18世紀(jì)，

第1次產(chǎn)業(yè)革命（毫米技術(shù)）

20世紀(jì)，

第2次產(chǎn)業(yè)革命（微米技術(shù)）

21世紀(jì)，

第3次產(chǎn)業(yè)革命（納米技術(shù)）蒸氣機(jī)技術(shù)微電子技術(shù)納米技術(shù)納米技術(shù)－下一次產(chǎn)業(yè)革命浪潮2718世紀(jì)，納米物理學(xué)納米技術(shù)納米化學(xué)納米材料學(xué)納米生物學(xué)納米電子學(xué)納米量測(cè)學(xué)

納米技術(shù)的分支學(xué)科28納米納米納米納米納米納米納米納米技術(shù)的分支學(xué)科6

掃描隧道顯微鏡

Binnig&Rohrer，1982年，Scanningtunnelingmicroscope，STM。1986年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

原子力顯微鏡及其廣泛應(yīng)用

Binnig&Quate，1986年，Atomicforcemicroscope,AFM。(1986年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng))

§1.2

掃描探針顯微鏡—納米技術(shù)發(fā)展之基礎(chǔ)

29掃描隧道顯微鏡§1.2掃描探針顯微鏡—納STM掃描獲得的Si（111）原子圖象

30STM掃描獲得的Si（111）原子圖象8STM在Cu表面上用101個(gè)Fe原子寫出的漢字“原子”

。31STM在Cu表面上用101個(gè)Fe原子寫出的漢字“原子”STM僅適用于導(dǎo)體半導(dǎo)體AFM廣泛適用32STM僅適用于AFM廣泛適用10

§1.3

原子力顯微鏡(AFM)原理探針逼近樣品時(shí)，兩者間產(chǎn)生原子力：對(duì)應(yīng)于樣品形貌。S原子力33§1.3原子力顯微鏡(AFM)原理探針逼近樣品時(shí)，兩者間

利用微懸臂及光束偏轉(zhuǎn)法檢測(cè)原子力，即可獲得樣品的納米結(jié)構(gòu)形貌將探針－樣品逼近到原子力狀態(tài)。34利用微懸臂及光束偏轉(zhuǎn)法檢測(cè)原子力，即可獲得將探針－樣1

§1.4

原子力顯微鏡的操作步驟

微探針的安裝

（已安裝就緒）。

激光束及光斑的調(diào)節(jié)

（已調(diào)節(jié)至PSD元件左側(cè)位置，就緒）。

樣品的安裝

（先粘貼于樣品臺(tái)上，再小心裝配到掃描器上）。35§1.4原子力顯微鏡的操作步驟微探針的安裝13依次開啟：

電腦0.366525－控制機(jī)箱－高壓電源－激光器操作步驟36依次開啟：電腦0.366525－控制機(jī)箱－高用粗調(diào)旋鈕將樣品逼近探針—至兩者間距約<1mm<1mm粗調(diào)旋鈕37用粗調(diào)旋鈕將樣品逼近探針—至兩者間距約<1mm<1m再用細(xì)調(diào)旋鈕使樣品緩慢逼近微探針—至光斑向PSD移動(dòng)細(xì)調(diào)旋鈕光斑向PSD移動(dòng)38再用細(xì)調(diào)旋鈕使樣品緩慢逼近微探針—至光斑向PSD移動(dòng)細(xì)調(diào)0.366525緩慢細(xì)調(diào)并觀察機(jī)箱讀數(shù)至—PSD信號(hào)約1.6VZ反饋信號(hào)約－150～－4501.666－350390.366525緩慢細(xì)調(diào)并觀察機(jī)箱讀數(shù)至—PSD信號(hào)約1讀數(shù)基本穩(wěn)定后，打開掃描軟件，開始掃描40讀數(shù)基本穩(wěn)定后，打開掃描軟件，開始掃描18……掃描完畢后，細(xì)調(diào)退出樣品；依次關(guān)閉：

激光器—高壓電源—控制機(jī)箱0.36652541……掃描完畢后，細(xì)調(diào)退出樣品；依次關(guān)閉：0.366525

§1.5

原子力顯微鏡掃描及圖像處理（請(qǐng)自行完成）例圖42§1.5原子力顯微鏡掃描及圖像處理（請(qǐng)自行完成）例圖20

按順序開啟：電腦—控制機(jī)箱—高壓電源—激光器。用粗調(diào)旋鈕將樣品逼近微探針—至兩者間距約1mm。再用細(xì)調(diào)旋鈕使樣品逼近微探針—至光