原子力顯微鏡


年度


小組組成
2010

 

02級    徐暐盛     02級 林柏宇
3     林峻平     3級     劉建利

2009
01級 陳昱維 01級 李悅禎
02級 徐暐盛 02級 劉俊材


 

2007 劉子嘉 黃冠彰

前言:

    什麼是afm?相信沒學過物理的人一定對他很陌生。他的中文名字為「原子力顯微鏡」,顧名思義,它是一種顯微鏡,可以觀察小至奈米等級的顯微鏡。

  其實afm這東西根本不是什麼趣味又好玩的物理,我也不知道為什麼會歸類在趣味物理裡頭。基本上他是一種高科技的東西,一般人是不會用到它的,極常用在奈米製程方面。以下是對afm的介紹。

 

原理:

  原子力顯微鏡(AFM)利用特製的微小探針,來偵測探針與樣品表面之間的某種交互作用,如穿隧電流、原子力、磁力、近場電磁波等等,然後使用一個具有三軸位移的壓電陶瓷掃描器,使探針在樣品表面做左右前後掃描(或樣品做掃描),並利用此掃描器的垂直微調能力及迴饋電路,讓探針與樣品問的交互作用在掃描過程中維持固定,此時兩者距離在數至數百A°(10-10m)之間,而只要記錄掃描面上每點的垂直微調距離,便能得到樣品表面的等交互作用圖像。

結構:

  AFM的 主要結構可分為探針、偏移量偵測器、掃描器、迴饋電路及電腦控制系統五大部分,光係由二極體雷射產生出來後,聚焦在鍍有金屬薄膜的探針尖端背面,然後光束被反射至四象限光電二極體,在經過放大電路轉成電壓訊號後,垂直部份的兩個電壓訊號相減得到差分訊號,當電腦控制Xy軸驅動器使樣品掃描時,探針會上下偏移,差分訊號也跟著改變,因此迴饋電路便控制z軸驅動器調整探針與樣品距離,此距離微調或其他訊號送入電腦中,記錄成為XY的函數,便是AFM影像。

公式:

為原子的直徑; 為原子之間的距離

操作模式:

1.      接觸式:

利用探針和樣品原子間的排斥力,原子力間的排斥力對距離的變化是非常敏感。是利用具有懸臂的探針接觸且輕壓表面,由於反作用力使得探針的懸臂產生偏折,而偏折量的大小代表反作用力的大小,所以掃描表面時利用維持相同的偏折量就可以描繪出3D的表面結構

2.      非接觸式

為了解決接觸式AFM可能損壞樣品的缺點,便有非接觸式AFM發展出來,這是利用原子間的長距離吸引力『凡德瓦爾力』來運作。在真空環境下操作,其解析度可達原子級的解析度,是AFM中解析度最佳的操作模式。

3.      輕拍式

將非接觸式加以改良,其原理係將探針與樣品距離加近,然後增大振幅,使探針在振盪至波谷時接觸樣品,由於樣品的表面高低起伏,使得振幅改變。

 

照片集錦