原子力顯微鏡是以掃描隧道顯微鏡基本原理發(fā)展起來的掃描探針顯微鏡。原子力顯微鏡的出現(xiàn)無疑為納米科技的發(fā)展起到了推動(dòng)作用。以原子力顯微鏡為代表的掃描探針顯微鏡是利用一種小探針在樣

    品表面上掃描，從而提供高放大倍率觀察的一系列顯微鏡的總稱。原子力顯微鏡掃描能提供各種類型樣品的表面狀態(tài)信息。與常規(guī)顯微鏡比較，原子力顯微鏡的優(yōu)點(diǎn)是在大氣條件下，以高倍率觀察樣品

    表面，可用于幾乎所有樣品(對(duì)表面光潔度有一定要求)，而不需要進(jìn)行其他制樣處理，就可以得到樣品表面的三維形貌圖象。并可對(duì)掃描所得的三維形貌圖象進(jìn)行粗糙度計(jì)算、厚度、步寬、方框圖或顆粒度分析。

    一、基本原理

    原子力顯微鏡是利用檢測樣品表面與細(xì)微的探針尖端之間的相互作用力(原子力)測出表面的形貌。

    探針尖端在小的軔性的懸臂上，當(dāng)探針接觸到樣品表面時(shí)，產(chǎn)生的相互作用，以懸臂偏轉(zhuǎn)形式檢測。樣品表面與探針之間的距離小于3－4nm，以及在它們之間檢測到的作用力，小于10－8N。

    激光二極管的光線聚焦在懸臂的背面上。當(dāng)懸臂在力的作用下彎曲時(shí)，反射光產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，使用位敏光電檢測器偏轉(zhuǎn)角。然后通過計(jì)算機(jī)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而得到樣品表面的三維圖象。

    完整的懸臂探針，置放于在受壓電掃描器控制的樣品表面，在三個(gè)方向上以精度水平0.1nm或更小的步寬進(jìn)行掃描。一般，當(dāng)在樣品表面詳細(xì)掃繪(XY軸)時(shí)，懸臂的位移反饋控制的Z軸作用下保存固定不變。以對(duì)掃描反應(yīng)是反饋的Z軸值被輸入計(jì)算機(jī)處理，得出樣品表面的觀察圖象(3D圖象)。

    二、原子力顯微鏡的特點(diǎn)

    1．高分辨力能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過掃描電子顯微鏡(SEM)，以及光學(xué)粗糙度儀。樣品表面的三維數(shù)據(jù)滿足了研究、生產(chǎn)、質(zhì)量檢驗(yàn)越來越微觀化的要求。

    2．非破壞性，探針與樣品表面相互作用力為10－8N以下，遠(yuǎn)比以往觸針式粗糙度儀壓力小，因此不會(huì)損傷樣品，也不存在掃描電子顯微鏡的電子束損傷問題。另外掃描電子顯微鏡要求對(duì)不導(dǎo)電的樣品進(jìn)行鍍膜處理，而原子力顯微鏡則不需要。

    3．應(yīng)用范圍廣，可用于表面觀察、尺寸測定、表面粗糙測定、顆粒度解析、突起與凹坑的統(tǒng)計(jì)處理、成膜條件評(píng)價(jià)、保護(hù)層的尺寸臺(tái)階測定、層間絕緣膜的平整度評(píng)價(jià)、VCD涂層評(píng)價(jià)、定向薄膜的摩擦處理過程的評(píng)價(jià)、缺陷分析等。

    4．軟件處理功能強(qiáng)，其三維圖象顯示其大小、視角、顯示色、光澤可以自由設(shè)定。并可選用網(wǎng)絡(luò)、等高線、線條顯示。圖象處理的宏管理，斷面的形狀與粗糙度解析，形貌解析等多種功能。

    三、應(yīng)用實(shí)例

    1．應(yīng)用于紙張質(zhì)量檢驗(yàn)。

    2．應(yīng)用于陶瓷膜表面形貌分析。

    3．評(píng)定材料納米尺度表面形貌特征