AFM探針的原理和特點(diǎn)
發(fā)布日期：2021-11-30 09:13:56
原子力顯微鏡成像信號(hào)的來(lái)源是AFM探針和樣品表面之間的力。AFM利用對(duì)弱力敏感且一端有微小針尖的微懸臂梁，通過(guò)檢測(cè)針尖與樣品之間的力來(lái)實(shí)現(xiàn)表面成像。但是在介紹探針和樣品之間的作用力之前，先介紹接觸的概念。
當(dāng)AFM探針監(jiān)測(cè)的兩個(gè)物體逐漸接近它們之間的相互作用力為零的臨界點(diǎn)時(shí)，這兩個(gè)物體被認(rèn)為是接觸的。當(dāng)兩個(gè)物體相互作用的合力是斥力時(shí)，這兩個(gè)物體被認(rèn)為是相互接觸的。當(dāng)兩個(gè)物體相互作用的合力是吸引力時(shí)，這兩個(gè)物體被認(rèn)為是彼此不接觸的。
當(dāng)AFM探針和樣品之間的力隨距離變化時(shí)，力有兩個(gè)分量，一個(gè)是正分量，另一個(gè)是負(fù)分量，正值代表排斥，負(fù)值代表吸引。當(dāng)兩個(gè)原子之間的距離為無(wú)窮大時(shí)，即橫坐標(biāo)右端無(wú)限延伸時(shí)，兩個(gè)原子之間的合力接近于零，表明兩個(gè)原子之間幾乎沒(méi)有相互作用。
隨著AFM探針和樣品之間的距離逐漸減小，在負(fù)相時(shí)，兩個(gè)原子之間的吸引力進(jìn)一步減小，然后在某個(gè)值時(shí)，兩個(gè)原子之間的吸引力達(dá)到極值，然后距離進(jìn)一步減小，吸引力開(kāi)始減小。當(dāng)曲線(xiàn)穿過(guò)橫坐標(biāo)時(shí)，此時(shí)作用力為零。隨著探針的進(jìn)一步靠近，兩個(gè)原子之間的作用力開(kāi)始變成正的，也就是排斥力，然后距離和排斥力的關(guān)系基本上變成線(xiàn)性。曲線(xiàn)與橫坐標(biāo)相交的點(diǎn)代表兩個(gè)原子之間的接觸。
為了檢測(cè)AFM探針和樣品的范德華力，原子力顯微鏡的主要結(jié)構(gòu)可以分為五個(gè)部分：探針、偏置檢測(cè)器、掃描儀、反饋電路和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。與樣品接觸的是探針。成像的關(guān)鍵在于探測(cè)探針與樣品之間的范德華力，因此選擇合適的探針是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
一般來(lái)說(shuō)，AFM探針的材料是硅或氮化硅，因?yàn)檫B續(xù)使用會(huì)使探頭尖端變鈍或被污染，導(dǎo)致分辨率急劇下降。所以綜合來(lái)看，硅或者氮化硅是更好的選擇。當(dāng)然，根據(jù)導(dǎo)電方式等要求，尖端會(huì)采用鍍金、鍍鉑或全金屬尖端。在磁性模式下，需要鍍鈷的探針。橫向力模式需要矩形懸臂。對(duì)于蝕刻，將使用硬探針，例如金剛石探針。由這種特殊材料制成的特殊用途探針。
以上就是關(guān)于AFM探針的一些知識(shí)點(diǎn)，希望大家可以認(rèn)真學(xué)習(xí)了解相關(guān)信息。
當(dāng)AFM探針監(jiān)測(cè)的兩個(gè)物體逐漸接近它們之間的相互作用力為零的臨界點(diǎn)時(shí)，這兩個(gè)物體被認(rèn)為是接觸的。當(dāng)兩個(gè)物體相互作用的合力是斥力時(shí)，這兩個(gè)物體被認(rèn)為是相互接觸的。當(dāng)兩個(gè)物體相互作用的合力是吸引力時(shí)，這兩個(gè)物體被認(rèn)為是彼此不接觸的。
當(dāng)AFM探針和樣品之間的力隨距離變化時(shí)，力有兩個(gè)分量，一個(gè)是正分量，另一個(gè)是負(fù)分量，正值代表排斥，負(fù)值代表吸引。當(dāng)兩個(gè)原子之間的距離為無(wú)窮大時(shí)，即橫坐標(biāo)右端無(wú)限延伸時(shí)，兩個(gè)原子之間的合力接近于零，表明兩個(gè)原子之間幾乎沒(méi)有相互作用。
隨著AFM探針和樣品之間的距離逐漸減小，在負(fù)相時(shí)，兩個(gè)原子之間的吸引力進(jìn)一步減小，然后在某個(gè)值時(shí)，兩個(gè)原子之間的吸引力達(dá)到極值，然后距離進(jìn)一步減小，吸引力開(kāi)始減小。當(dāng)曲線(xiàn)穿過(guò)橫坐標(biāo)時(shí)，此時(shí)作用力為零。隨著探針的進(jìn)一步靠近，兩個(gè)原子之間的作用力開(kāi)始變成正的，也就是排斥力，然后距離和排斥力的關(guān)系基本上變成線(xiàn)性。曲線(xiàn)與橫坐標(biāo)相交的點(diǎn)代表兩個(gè)原子之間的接觸。
為了檢測(cè)AFM探針和樣品的范德華力，原子力顯微鏡的主要結(jié)構(gòu)可以分為五個(gè)部分：探針、偏置檢測(cè)器、掃描儀、反饋電路和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。與樣品接觸的是探針。成像的關(guān)鍵在于探測(cè)探針與樣品之間的范德華力，因此選擇合適的探針是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
一般來(lái)說(shuō)，AFM探針的材料是硅或氮化硅，因?yàn)檫B續(xù)使用會(huì)使探頭尖端變鈍或被污染，導(dǎo)致分辨率急劇下降。所以綜合來(lái)看，硅或者氮化硅是更好的選擇。當(dāng)然，根據(jù)導(dǎo)電方式等要求，尖端會(huì)采用鍍金、鍍鉑或全金屬尖端。在磁性模式下，需要鍍鈷的探針。橫向力模式需要矩形懸臂。對(duì)于蝕刻，將使用硬探針，例如金剛石探針。由這種特殊材料制成的特殊用途探針。
以上就是關(guān)于AFM探針的一些知識(shí)點(diǎn)，希望大家可以認(rèn)真學(xué)習(xí)了解相關(guān)信息。