原子力顯微鏡的分類及優缺點

 

它與其他顯微鏡相比有明顯不同，它用一個微小的探針來”摸索”微觀世界，AFM超越了光和電子波長對顯微鏡分辨率的限制，在立體三維上觀察物質的形貌，并能獲得探與樣品相互作用的信息，典型AFM的側向分辨率（x，y）可達到2nm，垂直分辯牢（方間）小于0。1mmAFM具有操作客易、樣品準備簡單、操作環境不受限制、分辨率高等優點。

 

原子力顯微鏡的分類

AFM探針基本都是由MEMS技術加工 Si 或者 Si3N4來制備。探針針尖半徑一般為10到幾十nm。微懸臂通常由一個一般100~500μm長和大約500nm~5μm厚的硅片或氮化硅片制成。典型的硅微懸臂大約100μm長、10μm寬、數微米厚。

 

利用探針與樣品之間各種不同的相互作用的力而開發了各種不同應用領域的顯微鏡，如AFM（范德法力），靜電力顯微鏡EFM（靜電力）磁力顯微鏡MFM（靜磁力）側向力顯微鏡LFM（探針側向偏轉力）等， 因此有對應不同種類顯微鏡的相應探針。

 

原子力顯微鏡的探針主要有以下幾種：

 

1.非接觸/輕敲模式針尖以及接觸模式探針：常用的產品，分辨率高，使用壽命一般。使用過程中探針不斷磨損，分辨率很容易下降。主要應用與表面形貌觀察。

 

2.導電探針：通過對普通探針鍍10-50納米厚的Pt（以及別的提高鍍層結合力的金屬，如Cr，Ti，Pt和Ir等）得到。導電探針應用于EFM，KFM，SCM等。導電探針分辨率比tapping和contact模式的探針差，使用時導電鍍層容易脫落，導電性難以長期保持。導電針尖的新產品有碳納米管針尖，金剛石鍍層針尖，全金剛石針尖，全金屬絲針尖，這些新技術克服了普通導電針尖的短壽命和分辨率不高的缺點。

 

3.磁性探針：應用于MFM，通過在普通tapping和contact模式的探針上鍍Co、Fe等鐵磁性層制備，分辨率比普通探針差，使用時導電鍍層容易脫落。

 

原子力顯微鏡的優缺點

 

1.優點

原子力顯微鏡觀察到的圖像相對于掃描電子顯微鏡，原子力顯微鏡具有許多優點。不同于電子顯微鏡只能提供二維圖像，AFM提供真正的三維表面圖。同時，AFM不需要對樣品的任何特殊處理，如鍍銅或碳，這種處理對樣品會造成不可逆轉的傷害。第三，電子顯微鏡需要運行在高真空條件下，原子力顯微鏡在常壓下甚至在液體環境下都可以良好工作。這樣可以用來研究生物宏觀分子，甚至活的生物組織。

 

2.缺點

和掃描電子顯微鏡（SEM）相比，AFM的缺點在于成像范圍太小，速度慢，受探頭的影響太大。原子力顯微鏡（Atomic Force Microscope）是繼掃描隧道顯微鏡（Scanning Tunneling Microscope）之后發明的一種具有原子級高分辨的新型儀器，可以在大氣和液體環境下對各種材料和樣品進行納米區域的物理性質包括形貌進行探測，或者直接進行納米操縱；現已廣泛應用于半導體、納米功能材料、生物、化工、食品、醫藥研究和科研院所各種納米相關學科的研究實驗等領域中，成為納米科學研究的基本工具。原子力顯微鏡與掃描隧道顯微鏡相比，由于能觀測非導電樣品，因此具有更為廣泛的適用性。當前在科學研究和工業界廣泛使用的掃描力顯微鏡（Scanning Force Microscope），其基礎就是原子力顯微鏡。