扫描探针显微技术之二原子力显微镜AFM技术演示文稿.pptVIP

AFM技术的主要特点: 优点: 制样相对简单,多数情况下对样品不破坏. 具有高分辨率，三维立体的成像能力， 可同时得到尽可能多的信息. 操作简单,对附属设备要求低. 缺点: 对试样仍有较高要求,特别是平整度. 实验结果对针尖有较高的依赖性(针尖效应). 仍然属于表面表征技术,需和其他测试手段结合. 当前第29页\共有51页\编于星期四\0点 主要内容 发展历史 工作原理 应用 当前第30页\共有51页\编于星期四\0点 原子力显微镜的应用 金属 半导体材料 化学 纳米材料 生命科学 微加工技术 …… 当前第31页\共有51页\编于星期四\0点 用AFM观察DNA双螺旋结构 生物和生命科学 当前第32页\共有51页\编于星期四\0点 用AFM观察细胞生长 生物和生命科学 当前第33页\共有51页\编于星期四\0点 用AFM观察集成电路的线路刻蚀情况 微电子科学和技术 当前第34页\共有51页\编于星期四\0点 高分子领域的应用 当前第35页\共有51页\编于星期四\0点 聚合物膜表面形貌与相分离观察 Kajiyama等人应用AFM研究了单分散聚苯乙烯(PS)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)共混成膜的相分离情况。 膜较厚时(25μｍ), 看不到分相。膜厚100nｍ时,可以得到PMMA呈岛状分布在PS中的AFM图象。 当前第36页\共有51页\编于星期四\0点 扫描探针显微技术之二原子力显微镜AFM技术演示文稿 当前第1页\共有51页\编于星期四\0点 主要内容 发展历史 基本原理 应用 当前第2页\共有51页\编于星期四\0点 scanning tunneling Microscopy (STM，1982) Atomic force microscopy (AFM) Lateral Force Microscopy (LFM) Magnetic Force Microscopy (MFM) Electrostatic Force Microscopy (EFM) Chemical Force Microscopy (CFM) Near Field Scanning Optical Microscopy (NSOM) 扫描探针显微镜SPM 　 SPM是指在STM基础上发展起来的一大类显微镜，通过探测极小探针与表面之间的物理作用量如光、电、磁、力等的大小而获得表面信息。 当前第3页\共有51页\编于星期四\0点 1986，IBM，葛·宾尼（G. Binnig）发明了原子力显微镜(Atomic Force Microscope ,AFM)——新一代表面观测仪器． 原理：利用原子之间的范德华力（Van Der Waals Force）作用来呈现样品的表面特性 基本原理 当前第4页\共有51页\编于星期四\0点 基本原理 原子间的作用力 吸引部分 排斥部分 F pair d 原子 原子 排斥力 原子 原子 吸引力 当前第5页\共有51页\编于星期四\0点 sample scanner cantilever photo detector laser diode 微悬臂 激光二极管 光电检测器 当前第6页\共有51页\编于星期四\0点 基本原理 当前第7页\共有51页\编于星期四\0点 AFM信号反馈模式 基本原理 当前第8页\共有51页\编于星期四\0点 微悬臂位移量的检测方式 当前第9页\共有51页\编于星期四\0点 力检测部分 光学检测部分 反馈电子系统 压电扫描系统 计算机控制系统 仪器构成 当前第10页\共有51页\编于星期四\0点 接触模式 (contact mode) 非接触模式 (non-contact mode) 轻敲模式 (tapping / intermittent contact mode) van der Waals force curve 工作模式 当前第11页\共有51页\编于星期四\0点 针尖始终向样品接触并简单地在表面上移动，针尖—样品间的相互作用力是互相接触原于的电子间存在的库仑排斥力，其大小通常为10－8 —10－11N。 van der Waals force curve 工作模式-接触模式 d ＜０.０３nm 当前第12页\共有51页\编于星期四\0点 优点：可产生稳定、高分辨图像。 缺点： 可能使样品产生相当大的变形，对柔软的样品造成破坏，以及破坏探针，严重影响AFM成像质量。 工作模式-接触模式 当前第13页\共有51页\编于星期四\0点 相互作用力是范德华吸引力，远小于排斥力. van