原子力显微镜的原理及应用演示文稿.ppt

原子力显微镜（AFM）便是结合以上三个部分来将样品的表面特性呈现出来的：在原子力显微镜（AFM）的系统中，使用微小悬臂（cantilever）来感测针尖与样品之间的交互作用，测得作用力。这作用力会使cantilever摆动，再利用激光将光照射在cantilever的末端，当摆动形成时，会使反射光的位置改变而造成偏移量，此时激光检测器会记录此偏移量，也会把此时的信号给反馈系统，以利于系统做适当的调整，最后再将样品的表面特性以影像的方式给呈现出来。 返回 本文档共43页；当前第30页；编辑于星期日\11点27分 提高图像分辨率 1、发展新的技术或模式来提高分辨率，即从硬件设备以及成像机理上提高成像分辨率。如最近Fuchs等发明的Q控制技术，可以提高成像分辨率和信噪比。采用力调制模式或频率调制模式等也可以有效提高成像分辨率。 2、选择尖端曲率半径小的针尖，减小针尖与样品之间的接触面积，减小针尖的放大效应，以提高分辨率。 本文档共43页；当前第31页；编辑于星期日\11点27分 原子力显微镜的原理及应用演示文稿 本文档共43页；当前第1页；编辑于星期日\11点27分 目录： AFM的发展历史 AFM的原理 AFM的分类 AFM机器的组成 影响AFM分辨率的因素 AFM技术应用举例 照片举例 AFM的缺点 本文档共43页；当前第2页；编辑于星期日\11点27分 高级显微镜 1938年，德国工程师Max Knoll和Ernst Ruska制造出了世界上第一台透射电子显微镜（TEM） 1952年，英国工程师Charles Oatley制造出了第一台扫描电子显微镜（SEM） 至此，电子显微镜的分辨率达到纳米级 本文档共43页；当前第3页；编辑于星期日\11点27分 1983年，IBM公司苏黎世实验室的两位科学家Gerd Binnig和Heinrich Rohrer发明了扫描隧道显微镜（STM） 应用电子的“隧道效应”这一原理，对导体或半导体进行观测 本文档共43页；当前第4页；编辑于星期日\11点27分 隧道效应 经典物理学认为，物体越过势垒，有一阈值能量；粒子能量小于此能量则不能越过，大于此能量则可以越过。例如骑自行车过小坡，先用力骑，如果坡很低，不蹬自行车也能靠惯性过去。如果坡很高，不蹬自行车，车到一半就停住，然后退回去。 量子力学则认为，即使粒子能量小于阈值能量，很多粒子冲向势垒，一部分粒子反弹，还会有一些粒子能过去，好像有一个隧道，故名隧道效应（quantum tunneling）。可见，宏观上的确定性在微观上往往就具有不确定性。虽然在通常的情况下，隧道效应并不影响经典的宏观效应，因为隧穿几率极小，但在某些特丁的条件下宏观的隧道效应也会出现。 本文档共43页；当前第5页；编辑于星期日\11点27分 AFM出现的意义 STM的原理是电子的“隧道效应”，所以只能测导体和部分半导体 1985年，IBM公司的Binning和Stanford大学的Quate研发出了原子力显微镜（AFM），弥补了STM的不足 返回 本文档共43页；当前第6页；编辑于星期日\11点27分 成 像 原 理 Expulsive force atom atom Attractive force atom atom 本文档共43页；当前第7页；编辑于星期日\11点27分 恒定力量或者恒定高度 本文档共43页；当前第8页；编辑于星期日\11点27分 探针如何成像 本文档共43页；当前第9页；编辑于星期日\11点27分 表面形貌和材料如何测量 返回 X Y Z Mover 垂直信號的變化 即樣本的表面變化 Cantilever 擺動的方向 X Y Z Mover Cantilever 擺動的方向 水平信號的變化 即樣本的材質變化 本文档共43页；当前第10页；编辑于星期日\11点27分 AFM有多种工作模式 1. 接触模式（Contact Mode）：作用力