原子力顯微鏡的工作原理

1.AFM的工作原理

在AFM上有一個安裝在對微弱力極敏感的微懸臂(Cantilever)上的極細(xì)探針(Probe)，當(dāng)針尖非常接近樣品表面時,就在針尖—樣品之間產(chǎn)生極微弱的作用力(吸引或排斥力)，引起微懸臂偏轉(zhuǎn)。根據(jù)物理學(xué)原理，施加到微懸臂末端力的表達(dá)式為

F=KΔZ

式中,ΔZ表示針尖相對于試樣間的距離，K為微懸臂的彈性系數(shù)。力的變化均可以通過微懸臂被檢測。根據(jù)力的檢測方法，AFM可以分成兩類：一類是檢測探針的位移；另一類是檢測探針的角度變化[1]。由于后者在Z方向上的位移是通過驅(qū)動探針來自動跟蹤樣品表面形狀，因此受到樣品的重量及形狀大小的限制比前者小。

在掃描時控制這種針尖—樣品之間的作用力恒定，帶針尖的微懸臂將對應(yīng)于原子間作用力的等位面，在垂直于樣品表面方向上起伏運(yùn)動，通過光電測系統(tǒng)(通常利用光學(xué)、電容或隧道電流方法)對微懸臂的偏轉(zhuǎn)進(jìn)行掃描（圖1），測得微懸臂對應(yīng)于掃描各點的位置變化，將信號放大與轉(zhuǎn)換從而得到樣品表面原子級的三維立體形貌圖像。