| 991518 | 2010-05-20 13:49 |
原子力顯微鏡的原理及其運(yùn)用原子力顯微鏡(Atomic Force Microscopy, AFM)是由IBM 公司的Binnig與史丹佛大學(xué)的Quate 于一九八五年所發(fā)明的，其目的是為了使非導(dǎo)體也可以采用掃描探針顯微鏡（SPM）進(jìn)行觀測(cè)。 原子力顯微鏡（AFM）與掃描隧道顯微鏡（STM）最大的差別在于并非利用電子隧道效應(yīng)，而是利用原子之間的范德華力（Van Der Waals Force）作用來呈現(xiàn)樣品的表面特性。假設(shè)兩個(gè)原子中，一個(gè)是在懸臂（cantilever）的探針尖端，另一個(gè)是在樣本的表面，它們之間的作用力會(huì)隨距離的改變而變化，其作用力與距離的關(guān)系如“圖1” 所示，當(dāng)原子與原子很接近時(shí)，彼此電子云斥力的作用大于原子核與電子云之間的吸引力作用，所以整個(gè)合力表現(xiàn)為斥力的作用，反之若兩原子分開有一定距離時(shí)，其電子云斥力的作用小于彼此原子核與電子云之間的吸引力作用，故整個(gè)合力表現(xiàn)為引力的作用。若以能量的角度來看，這種原子與原子之間的距離與彼此之間能量的大小也可從Lennard –Jones 的公式中到另一種印證。  圖1、原子與原子之間的交互作用力因?yàn)楸舜酥g的距離的不同而不同，其之間的能量表示也會(huì)不同  從公式中知道，當(dāng)r降低到某一程度時(shí)其能量為+E，也代表了在空間中兩個(gè)原子是相當(dāng)接近且能量為正值，若假設(shè)r增加到某一程度時(shí)，其能量就會(huì)為-E 同時(shí)也說明了空間中兩個(gè)原子之距離相當(dāng)遠(yuǎn)的且能量為負(fù)值。不管從空間上去看兩個(gè)原子之間的距離與其所導(dǎo)致的吸引力和斥力或是從當(dāng)中能量的關(guān)系來看，原子力式顯微鏡就是利用原子之間那奇妙的關(guān)系來把原子樣子給呈現(xiàn)出來，讓微觀的世界不再神秘。 在原子力顯微鏡的系統(tǒng)中，是利用微小探針與待測(cè)物之間交互作用力，來呈現(xiàn)待測(cè)物的表面之物理特性。所以在原子力顯微鏡中也利用斥力與吸引力的方式發(fā)展出兩種操作模式： （1）利用原子斥力的變化而產(chǎn)生表面輪廓為接觸式原子力顯微鏡（contact AFM ），探針與試片的距離約數(shù)個(gè)。 （2）利用原子吸引力的變化而產(chǎn)生表面輪廓為非接觸式原子力顯微鏡（non-contact AFM ），探針與試片的距離約數(shù)十個(gè)? 到數(shù)百個(gè)?。 | |