1、原子力显微镜及其实验原子力显微镜及其实验（AFM）浙江大学浙江大学 理学院理学院 物理系物理系陈老师 严老师 宇宙直径宇宙直径 nm 1.1 背景简介背景简介从宏观尺度到纳米世界从宏观尺度到纳米世界10 35 成人身高成人身高 1025 亿亿 nm 头头发丝直径发丝直径 70,000 nm 血红细胞直径血红细胞直径 8,000 nm 可见光波长可见光波长 380780 nm 集成电路线宽集成电路线宽 130 nm 氢原子直径氢原子直径 0.10 nm0.1 100 nm?换算成纳米尺度 半导体集成芯片半导体集成芯片线宽线宽已达到已达到极限！极限！纳米技术纳米技术 18世纪，世纪，第第1次产业革
2、命（毫米技术）次产业革命（毫米技术）20世纪，世纪，第第2次产业革命（微米技术）次产业革命（微米技术）21世纪，世纪，第第3次产业革命（纳米技术）次产业革命（纳米技术）蒸气机技术蒸气机技术微电子技术微电子技术纳纳 米米 技技 术术纳米技术纳米技术下一次下一次产业革命浪潮产业革命浪潮纳米纳米物理学物理学纳米纳米技术技术纳米纳米化学化学纳米纳米材料学材料学纳米纳米生物学生物学纳米纳米电子学电子学纳米纳米量测学量测学 纳米技术的分支学科纳米技术的分支学科 扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜 Binnig&Rohrer，1982年，年，Scanning tunneling microscope，STM。19
3、86年，诺贝尔物理学奖。年，诺贝尔物理学奖。原子力显微镜及其广泛应用原子力显微镜及其广泛应用 Binnig&Quate，1986年，年，Atomic force microscope,AFM。(1986年，诺贝尔物理学奖年，诺贝尔物理学奖)1.2 扫描探针显微镜扫描探针显微镜纳米技术发展之基础纳米技术发展之基础 STM扫描获得的扫描获得的Si（111）原子图象原子图象 STM在在Cu表面上用表面上用101个个Fe原子写出的原子写出的 汉字汉字“原子原子”。STM仅适用于仅适用于导体半导体导体半导体AFM广泛适用广泛适用 1.3 原子力显微镜原子力显微镜(AFM)原理原理探针逼近样品时，两者间产
4、探针逼近样品时，两者间产生原子力：对应于样品形貌生原子力：对应于样品形貌。S原子力原子力 利用微悬臂及光束偏转法利用微悬臂及光束偏转法检测原子力检测原子力，即可获得，即可获得 样品的样品的纳米结构纳米结构形貌形貌将探针将探针样样品逼近到原品逼近到原子力状态。子力状态。1.4 原子力显微镜的操作步骤原子力显微镜的操作步骤 微探针的安装微探针的安装 （已安装就绪）。（已安装就绪）。激光束及光斑的调节激光束及光斑的调节 （已调节至（已调节至PSD元件左侧位置，就绪）。元件左侧位置，就绪）。样品的安装样品的安装 （先粘贴于样品台上，再小心装配到扫描器上）。（先粘贴于样品台上，再小心装配到扫描器上）。依
5、次依次开启：开启：电脑电脑0.366525控制机箱控制机箱 高压电源高压电源激光器激光器操作步骤操作步骤 用用粗调旋钮粗调旋钮将样品逼近探针将样品逼近探针至两者间距约至两者间距约 1 mm1mm粗调旋钮粗调旋钮 再用再用细调旋钮细调旋钮使样品使样品缓慢缓慢逼近微探针逼近微探针至光斑向至光斑向PSD移动移动细调旋钮细调旋钮光斑向光斑向PSD移动移动0.366525 缓慢细调缓慢细调并观察机箱读数至并观察机箱读数至PSD信号约信号约1.6 V Z反馈信号约反馈信号约1504501.666350 读数基本稳定后，打开扫描软件，开始扫描读数基本稳定后，打开扫描软件，开始扫描 扫描完毕后，细调退出样品；
6、依次关闭：扫描完毕后，细调退出样品；依次关闭：激光器激光器高压电源高压电源控制机箱控制机箱0.366525 1.5 原子力显微镜扫描及图像处理原子力显微镜扫描及图像处理（请自行完成请自行完成）例图例图 按顺序开启：电脑按顺序开启：电脑控制机箱控制机箱高压电源高压电源激光器激光器。用用粗调旋钮粗调旋钮将样品逼近微探针将样品逼近微探针至两者间距约至两者间距约1 mm。再用再用细调旋钮细调旋钮使样品逼近微探针使样品逼近微探针至光斑向至光斑向PSD移动移动。缓慢细调缓慢细调并观察机箱的读数并观察机箱的读数PSD信号约信号约1.6 V，Z反馈信号约反馈信号约150450。读数基本稳定后，打开扫描软件，开始扫描读数基本稳定后，打开扫描软件，开始扫描。扫描完毕后，细调退出样品，依次关闭：激光器扫描完毕后，细调退出样品，依次关闭：激光器高高 压电源控制机箱压电源控制机箱操作步骤操作步骤
