子力显微镜(Atomic Force Microscopy,AFM)是扫描探针显微镜(Scanning ProbcMicros∞pe,SPM)的一种,它利用非常细小的探针,非常缓慢地在材料表面移动,D3571D以接触或非接触的方式,根据探针和材料表面的相互作用,来探知材料表面的细微结构,如原子的规则排列、表面形貌(topography)等。离子束切削加工后,可获得尖端半径更小的探针。探针的尖端大小和探针形状直接影响AFM的平面分辨率,通常,探针越尖,图像的平面分辨率越高。

   探针扫描装置

   探针的定位与扫描需要非常高的尺寸精度,囚此扫描部件一般都使用压电陶瓷元件,在空间的XYz方向上各使用一个元件,可以实现探针的精确的移动控制。

   作用力检测部分

   在原子力显微镜(AFM)的系统中,所要检测的力是原子与原子之间的范德华力。所以在本系统中是使用微小悬臂(cantilevcr)来检测原子之问力的变化量。微悬臂通常由一个一般100~500um长和500nm~5um厚的硅片或氮化硅片制成。微悬臂顶端有一个尖锐针

尖,用来检测样品与针尖间的相互作用力。这微小悬臂有一定的规格,例如长度、宽度、弹性系数以及针尖的形状,而这些规格的选择是依照样品的特性以及操作模式的不同,而选择不同类型的探针。

   在原子力显微镜的系统中,二极管激光器(l灬er山ode)发出的激光束经过光学系统聚焦在微悬臂(cantil四cr)背面,并从微悬臂

背面反射到由光电二极管构成的光斑位置检测器(de1cc1or)。因而,通过光电二极管检测光斑位置的变化,就

能获得被测样品表面形貌的信息。在样品扫描时,由于样品表面的原子与微悬臂探针尖端的原子间的相互作用力,微悬臂将随样品表面形貌而弯曲起伏,反射光束也将随之偏移,在整个系统中是依靠激光光斑位置检测器将偏移量记录下并转换成电的信号,以供SPM控制器做信号处理.

   在AFM中要得到样品垂直方向约0.01A的精确度,探针和样品间距的稳定度需维持在0,001A。环境的震动振幅远远超过这个量级百万倍,囚此必须隔离环境的震动。AFM的防震设 计包括两方面,一是设备与周围环境震动的隔离,二是成像装置部分本身具有较大的刚度。组合使用黏弹性的高分子橡胶和金属弹簧,以尽量过滤各种频率的振动,实现与周围环境震动的隔离。

   原子力显微镜主要的构成组件有探针、探针定位与扫描装置、作用力检测部分、反馈控制单元等。

   探针可能经常与样品表面接触,为避免针尖弯折或断裂,探针材料需选择较硬的金属,钨丝是最常用的材料。钨丝经过电化学腐蚀,形成尖端半径为数十纳米的探针.