原子力顯微鏡


年度
小組組成
2010

　

 ０２級    徐暐盛     ０２級　林柏宇
０ 3級     林峻平     ０ 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呢?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瞄器，使探針在樣品表面做左右前後掃瞄（或樣品做掃瞄），並利用此掃瞄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瞄過程中維持固定，此時兩者距離在數至數百A°（10-10m）之間，而只要記錄掃瞄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、掃瞄器、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X、y軸驅動器使樣品掃瞄時，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X、Y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，所以掃瞄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