原子力显微镜AFM仪器及实验操作课件

原子力显微镜及其实验

（AFM）

浙江大学理学院物理系陈老师严老师

1原子力显微镜及其实验

（AFM）

陈老师严老师1

宇宙直径＝nm

§1.1

背景简介—从宏观尺度到纳米世界10352宇宙直径＝nm§1.1

成人身高＝10～25亿

nm

3成人身高＝10～25亿nm3头发丝直径＝70,000

nm

血红细胞直径＝8,000

nm

可见光波长＝380～780

nm集成电路线宽＝130

nm氢原子直径＝0.10

nm0.1~100nm?换算成纳米尺度

半导体集成芯片线宽已达到极限！纳米技术4头发丝直径＝70,000

18世纪，

第1次产业革命（毫米技术）

20世纪，

第2次产业革命（微米技术）

21世纪，

第3次产业革命（纳米技术）蒸气机技术微电子技术纳米技术纳米技术－下一次产业革命浪潮518世纪，纳米物理学纳米技术纳米化学纳米材料学纳米生物学纳米电子学纳米量测学

纳米技术的分支学科6纳米纳米纳米纳米纳米纳米纳米纳米技术的分支学科6

扫描隧道显微镜

Binnig&Rohrer，1982年，Scanningtunnelingmicroscope，STM。1986年，诺贝尔物理学奖。

原子力显微镜及其广泛应用

Binnig&Quate，1986年，Atomicforcemicroscope,AFM。(1986年，诺贝尔物理学奖)

§1.2

扫描探针显微镜—纳米技术发展之基础

7扫描隧道显微镜§1.2扫描探针显微镜—纳STM扫描获得的Si（111）原子图象

8STM扫描获得的Si（111）原子图象8STM在Cu表面上用101个Fe原子写出的汉字“原子”

。9STM在Cu表面上用101个Fe原子写出的汉字“原子”STM仅适用于导体半导体AFM广泛适用10STM仅适用于AFM广泛适用10

§1.3

原子力显微镜(AFM)原理探针逼近样品时，两者间产生原子力：对应于样品形貌。S原子力11§1.3原子力显微镜(AFM)原理探针逼近样品时，两者间

利用微悬臂及光束偏转法检测原子力，即可获得样品的纳米结构形貌将探针－样品逼近到原子力状态。12利用微悬臂及光束偏转法检测原子力，即可获得将探针－样1

§1.4

原子力显微镜的操作步骤

微探针的安装

（已安装就绪）。

激光束及光斑的调节

（已调节至PSD元件左侧位置，就绪）。

样品的安装

（先粘贴于样品台上，再小心装配到扫描器上）。13§1.4原子力显微镜的操作步骤微探针的安装13依次开启：

电脑0.366525－控制机箱－高压电源－激光器操作步骤14依次开启：电脑0.366525－控制机箱－高用粗调旋钮将样品逼近探针—至两者间距约<1mm<1mm粗调旋钮15用粗调旋钮将样品逼近探针—至两者间距约<1mm<1m再用细调旋钮使样品缓慢逼近微探针—至光斑向PSD移动细调旋钮光斑向PSD移动16再用细调旋钮使样品缓慢逼近微探针—至光斑向PSD移动细调0.366525缓慢细调并观察机箱读数至—PSD信号约1.6VZ反馈信号约－150～－4501.666－350170.366525缓慢细调并观察机箱读数至—PSD信号约1读数基本稳定后，打开扫描软件，开始扫描18读数基本稳定后，打开扫描软件，开始扫描18……扫描完毕后，细调退出样品；依次关闭：

激光器—高压电源—控制机箱0.36652519……扫描完毕后，细调退出样品；依次关闭：0.366525

§1.5

原子力显微镜扫描及图像处理（请自行完成）例图20§1.5原子力显微镜扫描及图像处理（请自行完成）例图20

按顺序开启：电脑—控制机箱—高压电源—激光器。用粗调旋钮将样品逼近微探针—至两者间距约1mm。再用细调旋钮使样品逼近微探针—至光斑向PSD移动。缓慢细调并观察机箱的读数—PSD信号约1.6V，Z反馈信号约－150～－450。读数基本稳定后，打开