原子力显微镜.ppt

光学偏转测量法二极管激光器发出的激光束经过光学系统聚焦在微悬臂背面，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。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。目前的AFM都是采用这种检测模式。位置检测部分反馈电子系统控制系统主要有两个功能：(1)提供控制压电转换器X-Y方向扫描的驱动电压；(2)在恒力模式下维持来自显微镜检测环路输入模拟信号在一恒定数值．计算机通过A/D转换读取比较环路电压(即设定值与实际测量值之差)．根据电压值不同，控制系统不断地输出相应电压来调节Z方向压电传感器的伸缩，以纠正读入A/D转换器的偏差，从而维持比较环路的输出电压恒定。电子线路计算机系统为压电陶瓷管提供电压、接收位置敏感器件传来的信号，并构成控制针尖和样品之间距离的反馈系统。——连接计算机与扫描系统轻敲模式（TappingMode）03非接触模式（Non-ContactMode）02接触模式（ContactMode）01AFM的三种工作模式接触式工作模式在接触模式中，探针的针尖部分保持与样品表面接触，其主要作用力是库仑排斥力。微悬臂探针紧压样品表面，探针尖端和样品做柔软性的“实际接触”，当针尖轻轻扫过样品表面时，接触的力量引起悬臂弯曲，进而得到样品的表面图形。?vanderWaalsforcecurve该方式可以稳定地获得高分辨率试样表面微观形貌图像，有可能达到原子级的测量分辨率。01检测弹性模量低的软质试样时，试样表层在针尖力的作用下会产生变形，甚至划伤，这将使测出的表面形貌图像出现假象。02针尖和试样接触并滑行，容易使探针尖磨损甚至损坏。03接触式工作模式的特点非接触式工作模式针尖在样品表面的上方振动，始终不与样品接触，测量的作用力是以范德华力为主的吸引力。探针回到当前行扫描的开始点，增加探针与样品之间的距离，根据第一次扫描得到的样品形貌，始终保持探针与样品之间的距离，进行第二次扫描。在这个阶段，可以通过探针悬臂振动的振幅和相位的变化，得到相应的长程力的图像。vanderWaalsforcecurve范德华吸引力探针和试样不接触，针尖测量时不会使试样表面变形，适用于弹性模量低的试样。因针尖和试样不接触，测量不受毛细力的影响，同时针尖也不易磨损。非接触扫描测量模式测量灵敏度要低些。非接触式工作模式的特点轻敲工作模式一个外加的振荡信号驱动微悬臂在其共振频率附近做受迫振动，振荡的针尖轻轻的敲击表面，间断地和样品接触。用处于共振状态、上下振荡的微悬臂探针对样品表面进行扫描，样品表面起伏使微悬臂探针的振幅产生相应变化，从而得到样品的表面形貌。vanderWaalsforcecurve轻敲模式的分辨率和接触模式一样好。对于一些与基底结合不牢固的样品，轻敲模式与接触模式相比，很大程度地降低了针尖对表面结构的“搬运效应”。样品表面起伏较大的大型扫描比非接触式的更有效。较软及粘性较大的样品，应尽量选择轻敲模式。02010304轻敲工作模式的特点AFM假象在所有显微学技术中，AFM图像的解释相对来说是容易的。光学显微镜和电子显微镜成像都受电磁衍射的影响，这给它们辨别三维结构带来困难．AFM可以弥补这些不足，在AFM图像中峰和谷明晰可见．AFM的另一优点是光或电对它成像基本没有影响，AFM能测得表面的真实形貌．尽管AFM成像简单，AFM本身也有假象存在．相对来说，AFM的假象比较容易验证．下面介绍一些假象情况：AFM假象针尖成像：AFM中大多数假象源于针尖成像．针尖比样品尖锐时，样品特征就能很好地显现出来。相反，当样品比针尖更尖时，假象就会出现，这时成像主要为针尖特征．高表面率的针尖可以减少这种假象发生．AFM假象钝的或污染的针尖产生假象：当针尖污染或有磨损时，所获图像有时是针尖的磨损形状或污染物的形状．这种假象的特征是整幅图像都有同样的特征。样品处理过程复杂？具体？宾尼和罗雷尔AFM对样品扫描的精确控制是靠扫描器来实现的．扫描器中装有压电转换器。不仅能够使样品在xY扫描平面内精确地移动，也能灵敏地感受样品与探针间的作用，同时亦能将反馈光路的电讯号转换成机械位移，进而灵敏地控制样品和探针间的距离(力)，并记录因扫描位置的改变而引起的z向伸缩量△h(x，y)。这样，压电扫描器就对样品实现了表面扫描用光学方法来检测微悬臂的偏转，可以克服隧道电流检测法的缺点，因为微悬臂上吸附的微小污染物不会影响光学方法的检测精度。如差动式干涉测量方法，用两束相互正交的偏振光，参考光束和探测光束，分别检测微悬臂的旋转部位和针尖部位；这两束光从上述部位反射后会发生干涉，并产