原子力顯微鏡的分類及優(yōu)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(zhì)的形貌，并能獲得探與樣品相互作用的信息，典型AFM的側(cè)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(zhǔn)備簡單、操作環(huán)境不受限制、分辨率高等優(yōu)點。

 

原子力顯微鏡的分類

AFM探針基本都是由MEMS技術(shù)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(shù)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(fā)了各種不同應(yīng)用領(lǐng)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(cè)向力顯微鏡LFM（探針側(cè)向偏轉(zhuǎn)力）等， 因此有對應(yīng)不同種類顯微鏡的相應(yīng)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(chǎn)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(yīng)用與表面形貌觀察。

 

2.導(dǎo)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(jié)合力的金屬，如Cr，Ti，Pt和Ir等）得到。導(dǎo)電探針應(yīng)用于EFM，KFM，SCM等。導(dǎo)電探針分辨率比tapping和contact模式的探針差，使用時導(dǎo)電鍍層容易脫落，導(dǎo)電性難以長期保持。導(dǎo)電針尖的新產(chǎn)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(shù)克服了普通導(dǎo)電針尖的短壽命和分辨率不高的缺點。

 

3.磁性探針：應(yīng)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(dǎo)電鍍層容易脫落。

 

原子力顯微鏡的優(yōu)缺點

 

1.優(yōu)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(yōu)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(zhuǎn)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(huán)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(fā)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(huán)境下對各種材料和樣品進行納米區(qū)域的物理性質(zhì)包括形貌進行探測，或者直接進行納米操縱；現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、納米功能材料、生物、化工、食品、醫(yī)藥研究和科研院所各種納米相關(guān)學(xué)科的研究實驗等領(lǐng)域中，成為納米科學(xué)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(dǎo)電樣品，因此具有更為廣泛的適用性。當(dāng)前在科學(xué)研究和工業(yè)界廣泛使用的掃描力顯微鏡（Scanning Force Microscope），其基礎(chǔ)就是原子力顯微鏡。