1、AFM 原子力顯微鏡簡介,劉鵬,主要內(nèi)容,1.概述 2.工作原理 3.儀器介紹 4.成像模式 5.輔助圖像 6.AFM應(yīng)用 7.AFM的缺陷,1.概述,AFM (Atomic Force Microscope)原子力顯微鏡 以原子間力為理論基礎(chǔ)的顯微鏡，從STM（掃描隧道顯微鏡）發(fā)展而來 以原子尺寸觀察物質(zhì)表面結(jié)構(gòu) 金屬、半導(dǎo)體、絕緣體 大氣、液體環(huán)境下直接觀察,精確測量樣品的尺寸參數(shù)精確測量樣品的尺寸參數(shù),在原子力顯微鏡的系統(tǒng)中，是利用微小探針與待測物之間交互作用力，來呈現(xiàn)待測物的表面之物理特性。,2.工作原理,2.工作原理,將一個對力極為敏感的微懸臂的一端固定，另一端固定針尖 當(dāng)針尖在樣品

2、表面掃描時，因針尖尖端原子與樣品表面原子存在的范德華力，使微懸臂產(chǎn)生微小彎曲。 檢測懸臂彎曲所造成的微小的位移量，得到樣品表面信息,2.工作原理,隧道電流法：當(dāng)兩側(cè)金屬靠近到很小間距時，兩側(cè)金屬表面電子云互相重疊產(chǎn)生隧道電流，電流大小與兩側(cè)金屬距離有關(guān)。靈敏度高,易被污染 光學(xué)法 常用,3.儀器介紹,3.儀器介紹,4.成像模式,操作模式 接觸模式 非接觸模式 輕敲模式,4.成像模式,4.1 接觸模式 針尖與樣品表面距離小，利用原子間的斥力 可獲得高解析度圖像 樣品變形，針尖受損 不適合表面柔軟的材料,接觸模式,樣品表面,針尖,4.成像模式,4.2 非接觸模式 針尖距樣品表面5nm20nm 不損

3、傷樣品表面，可測試表面柔軟樣品 分辨率低 誤判的現(xiàn)象,非接觸模式,接觸模式,4.成像模式,4.3 輕敲模式 探針在Z軸維持固定頻率振動，當(dāng)振動到谷底時與樣品表面接觸 對樣品破壞小 分辨率幾乎與接觸模式相同,5.輔助圖像,在不同模式下進(jìn)行掃描時，通過記錄其他的信號成像，可以得到形貌圖的輔助圖像，例如接觸模式下的偏移圖（錯位信號圖）和振幅圖，以及輕敲模式下的相圖。,1.偏移圖（錯位信號圖） 在接觸模式下，通過記錄反射激光束在PSPD上的即時信號與預(yù)設(shè)信號之間的電壓差而成像。,5.輔助圖像,2.振幅圖 在接觸模式下，給微懸臂加上一個小振幅、低頻率的簡諧振動后（力調(diào)制技術(shù)），通過記錄微懸臂振幅的變化而成像。,3. 相圖 是與振幅圖相類似，在輕敲模式下，通過記錄高頻振動的針尖在接觸樣品表面后，振動相位的變化（滯后）程度而成像。,6.AFM應(yīng)用,觀測樣品表面形貌,云母的原子像（接觸模式）,DVD光盤表面（接觸模式）,6.AFM應(yīng)用,觀測樣品表面形貌,PE膜，左圖為高度圖，右圖為相圖,6.AFM應(yīng)用,觀測樣品表面形貌,高分子的片晶和球晶結(jié)構(gòu),6.AFM應(yīng)用,觀測生物樣品,-DNA,霍亂菌,6.AFM應(yīng)用,表面信息統(tǒng)計(jì)分析,7.AFM的缺陷,1.較小的掃描范圍，100m到10nm，容易將局部的、特殊的結(jié)果當(dāng)作整體的結(jié)果而分析，以及使實(shí)驗(yàn)結(jié)果缺乏重現(xiàn)性。