什么是原子力顯微鏡？它和一般的顯微鏡有何區別？

今天，飛時曼就為大家講解一下，原子力顯微鏡的原理及其應用。

顯微鏡，大家都在熟悉不過。它是由一個透鏡或幾個透鏡組合構成的一種光學儀器，用于放大微小物體使人的肉眼能看見，常常應用于醫療與科研中。最早的顯微鏡是16世紀末期在荷蘭制造出來的。發明者是亞斯·詹森,荷蘭眼鏡商，或者另一位荷蘭科學家漢斯·利珀希，他們用兩片透鏡制作了簡易的顯微鏡。顯微鏡的發明，標志著人類進入原子時代。

1981年由格爾德·賓寧（G．Binning）及海因里希·羅雷爾（H．Rohrer）在IBM位于瑞士蘇黎世的蘇黎世實驗室發明了掃描隧道顯微鏡，它是一種利用量子理論中的隧道效應探測物質表面結構的儀器。掃描隧道顯微鏡可以讓科學家觀察和定位單個原子，它具有比它的同類原子力顯微鏡更加高的分辨率。而原子力顯微鏡是以掃描隧道顯微鏡基本原理發展起來的掃描探針顯微鏡。以原子力顯微鏡為代表的掃描探針顯微鏡是利用一種小探針在樣品表面上掃描，從而提供高放大倍率觀察的一系列顯微鏡的總稱。

與常規顯微鏡比較，原子力顯微鏡的優點是在大氣條件下，以高倍率觀察樣品表面，可用于幾乎所有樣品（對表面光潔度有一定要求），而不需要進行其他制樣處理，就可以得到樣品表面的三維形貌圖象。并可對掃描所得的三維形貌圖象進行粗糙度計算、厚度、步寬、方框圖或顆粒度分析。

原子力顯微鏡可以檢測很多樣品，提供表面研究和生產控制或流程發展的數據，這些都是常規掃描型表面粗糙度儀及電子顯微鏡所不能提供的。原子力顯微鏡是利用檢測樣品表面與細微的探針尖端之間的相互作用力（原子力）測出表面的形貌。探針尖端在小的軔性的懸臂上，當探針接觸到樣品表面時，產生的相互作用，以懸臂偏轉形式檢測。樣品表面與探針之間的距離小于3－4nm，以及在它們之間檢測到的作用力，小于10－8N。激光二極管的光線聚焦在懸臂的背面上。當懸臂在力的作用下彎曲時，反射光產生偏轉，使用位敏光電檢測器偏轉角。然后通過計算機對采集到的數據進行處理，從而得到樣品表面的三維圖象。完整的懸臂探針，置放于在受壓電掃描器控制的樣品表面，在三個方向上以精度水平0.1nm或更小的步寬進行掃描。一般，當在樣品表面詳細掃繪（XY軸）時，懸臂的位移反饋控制的Z軸作用下保存固定不變。以對掃描反應是反饋的Z軸值被輸入計算機處理，得出樣品表面的觀察圖象（3D圖象）。

二、原子力顯微鏡的特點

1．高分辨力能力遠遠超過掃描電子顯微鏡（SEM），以及光學粗糙度儀。樣品表面的三維數據滿足了研究、生產、質量檢驗越來越微觀化的要求。

2．非破壞性，探針與樣品表面相互作用力為10－8N以下，遠比以往觸針式粗糙度儀壓力小，因此不會損傷樣品，也不存在掃描電子顯微鏡的電子束損傷問題。另外掃描電子顯微鏡要求對不導電的樣品進行鍍膜處理，而原子力顯微鏡則不需要。

3．應用范圍廣，可用于表面觀察、尺寸測定、表面粗糙測定、顆粒度解析、突起與凹坑的統計處理、成膜條件評價、保護層的尺寸臺階測定、層間絕緣膜的平整度評價、VCD涂層評價、定向薄膜的摩擦處理過程的評價、缺陷分析等。

4．軟件處理功能強，其三維圖象顯示其大小、視角、顯示色、光澤可以自由設定。并可選用網絡、等高線、線條顯示。圖象處理的宏管理，斷面的形狀與粗糙度解析，形貌解析等多種功能。

蘇州飛時曼精密儀器有限公司成立于2013年，坐落在美麗的蘇州高新區科技城，是一家起點高、前瞻性強的研發和制造型高科技企業。公司的核心研究方向為光、機、電、算一體化的微納米檢測設備、先進的醫療儀器。主要產品有：原子力顯微鏡系列（多模式原子力顯微鏡 FM-Nanoview1000AFM、一體式原子力顯微鏡 FM-Nanoview6800AFM、拉曼原子力顯微鏡一體機 FM-NanoviewRa-AFM、光學原子力顯微鏡一體機 FM-NanoviewOp-AFM、教學型原子力顯微鏡 FM-Nanoview T-AFM、教學型掃描隧道顯微鏡 FM-NanoviewT-STM、工業型原子力顯微鏡 FM-NanoviewLS-AFM、拉曼光譜儀RM5000、拉曼光譜儀RM8000、拉曼光譜儀RM9000）。2015年，公司獲得江蘇省高新技術企業認證，擁有自主知識產權30多項，研發的多款產品被評為高新技術產品，并通過CE、ISO9001、SGS認證。