基于原子力显微镜的cddvd 表面形貌检测
物理实验技术中的原子力显微镜的使用方法
物理实验技术中的原子力显微镜的使用方法引言：原子力显微镜（Atomic Force Microscope，AFM）是一种先进的纳米技术仪器，能够以原子尺度进行表面形貌的观测和测量。
它具有高分辨率、高灵敏度和非接触式测量等优点，被广泛应用于材料科学、生物学和纳米技术等领域。
本文将介绍原子力显微镜的基本原理和使用方法。
一、原子力显微镜的基本原理原子力显微镜基于扫描探针显微技术，通过探针与样品表面之间的相互作用来获取样品表面的形貌信息。
主要的相互作用力有引力力、静电力和范德华力等，其中范德华力是原子力显微镜测量的主要力。
它利用悬臂弹簧原理，通过在探针尖端附近放置一个纳米尖端，测量尖端与样品之间的相互作用力来重建样品表面的形貌。
二、原子力显微镜的使用方法1. 准备工作在进行原子力显微镜实验之前，需要对仪器进行准备工作。
首先，校准仪器的灵敏度和垂直位置，确保能够获得精确的表面形貌信息。
其次，清洁样品台和探针以保证实验的准确性和重复性。
2. 样品准备选择合适的样品进行原子力显微镜测量之前，需要对样品进行预处理。
一般情况下，样品表面应该光滑、干净且没有明显的缺陷或杂质。
如果样品存在污垢或杂质，应进行适当的清洁和处理。
3. 探针安装将合适的探针安装在仪器的扫描头上。
选择合适的探针类型和尺寸，常见的有硅探针、硅基探针和碳纳米管探针等。
确保探针固定稳定，并与样品相对应。
4. 实验参数设置在进行原子力显微镜实验之前，需要根据样品的特性和需求设置合适的实验参数。
包括扫描模式、扫描速度、扫描范围等。
根据需要，可以选择静态模式、动态模式或者谐振模式等不同的扫描模式。
5. 开始扫描设置好实验参数后，可以开始进行原子力显微镜扫描。
将样品放置在样品台上，通过调整仪器的位置和焦距，使得探针与样品表面保持一定的距离。
启动仪器并开始扫描，通过监测探针的偏转来获取样品表面的形貌信息。
6. 数据分析和图像处理完成扫描后，获得的数据需要进行分析和处理。
原子力显微镜在半导体中的应用场景
原子力显微镜在半导体中的应用场景
原子力显微镜（Atomic Force Microscopy, AFM）在半导体中有许多应用场景，包括以下几个方面：
1. 表面形貌检测：AFM可以实时地观察到半导体材料表面的微观形貌，通过扫描探针与样品表面的相互作用力变化，可以获得非常高分辨率的表面形貌图像。
这对于表面缺陷、晶体结构等方面的研究非常有用。
2. 表面物性检测：AFM可以实时地测量半导体材料的表面物理性质，如硬度、弹性等。
这对于材料的机械性能研究、薄膜质量评估等有很大的帮助。
3. 纳米加工和修饰：AFM可以通过在扫描探针上附加尖端，实现对半导体表面的纳米加工和修饰。
例如，可以利用AFM 在半导体表面上刻蚀出纳米线、纳米点等结构。
4. 材料电学性能研究：AFM可以结合电学探针，实现对半导体材料的电学性能研究。
通过测量样品表面的电流-电压曲线等参数，可以了解材料的导电性、功函数等重要电学信息。
5. 表面测量和纳米力学性能研究：AFM可以测量表面毛细管力，用于表面能、表面张力、润湿性等测量。
同时，也可以测量半导体材料的弹性模量、硬度等纳米力学性能。
总体而言，原子力显微镜在半导体中的应用场景非常广泛，可
以实现对材料的表面形貌、表面物性、纳米加工、电学性能和纳米力学性能等方面的研究和表征。
原子力显微镜在材料科学领域的表面分析应用
原子力显微镜在材料科学领域的表面分析应用原子力显微镜（Atomic Force Microscope，简称AFM）是一种利用原子间相互作用进行表面成像和测量的仪器。
它具有高分辨率、高灵敏度和广泛的适用性，因此在材料科学领域的表面分析应用中扮演着重要角色。
本文将详细介绍原子力显微镜的原理和在材料科学中的四个主要应用方面。
首先，原子力显微镜在材料表面形貌观察和表征方面起到了重要作用。
传统的光学显微镜由于衍射的光线限制，无法提供高于光波长的空间分辨率，而原子力显微镜利用纳米级探针与样品表面的相互作用，可以实现纳米级甚至原子级的表面成像。
通过测量探针的位移，可以绘制出样品表面的形貌图像，并能够显示出表面上的微观结构和纳米级甚至原子级的凹凸特征。
其次，原子力显微镜在力学性能研究中的应用也非常重要。
材料的力学性能受到多种因素的影响，如表面的粗糙度、材料的硬度和弹性模量等。
原子力显微镜可以通过探针与样品表面的相互作用力来测量其硬度和弹性模量。
通过在不同位置测量硬度的变化，可以对材料的力学特性进行定量分析。
此外，原子力显微镜还可用于评估材料的磨损和疲劳行为，对材料的力学性能进行全面的研究。
第三，原子力显微镜在纳米尺度下的电学性能研究中也发挥着重要作用。
材料的电学性能对许多电子器件的性能和稳定性具有重要影响。
原子力显微镜可以通过探针的引入和控制，在纳米尺度下测量材料的电导率、电荷分布和电势分布等电学性能参数。
由于材料的电性质与其表面结构和化学组成之间密切相关，因此原子力显微镜在研究和优化纳米器件的电学性能方面具有独特优势。
最后，原子力显微镜在材料表面化学分析研究中的应用也不可忽视。
材料的化学成分与其性质和性能密切相关。
原子力显微镜通过在探针上引入化学敏感分子，可以实现对样品表面化学成分的高分辨率定量分析。
通过检测探针与样品表面的相互作用力的变化，可以获得表面化学成分的信息。
这对于研究材料的催化性能、吸附性能和化学反应动力学等方面非常有价值。
原子力显微镜成像原理和图像处理方法
原子力显微镜成像原理和图像处理方法原子力显微镜是一种先进的显微镜技术，能够实现纳米级分辨率的成像。
它通过探测和测量物体表面的原子力，来获得具有高分辨率的图像。
本文将介绍原子力显微镜的原理和图像处理方法。
首先，我们来了解原子力显微镜的原理。
原子力显微镜利用细尖上的探针（一般为硅或金属）扫描样品表面，并通过探针与样品表面的相互作用力，探测样品表面的形貌和特性。
这种相互作用力通常采用压电陶瓷转换为电信号，再经过信号放大和处理，转化为成像结果。
原子力显微镜有几种不同的工作模式，包括接触模式、非接触模式和剥离模式。
在接触模式中，探针会与样品表面直接接触，并通过探针的微小位移测量样品表面的高度差。
在非接触模式中，探针不接触样品表面，而是通过悬浮在样品表面的相互作用力进行测量。
剥离模式则是在非接触模式的基础上，通过调整探针与样品之间的作用力，实现扫描和测量。
原子力显微镜的成像过程中，图像的获取和处理是非常重要的环节。
原子力显微镜的成像方法主要分为两类，即力距成像（force-distance imaging）和常数力成像（constant force imaging）。
力距成像是通过测量探针在扫描过程中与样品表面相互作用力的变化，来获得图像信息。
通过控制探针与样品表面的距离和相互作用力的变化，可以得到样品表面的形貌和力图像。
通过分析力图像，可以获得样品表面的力分布情况，进而得到样品的形貌信息。
常数力成像则是通过保持探针与样品表面的相互作用力保持不变，来获得图像信息。
在扫描过程中，探针会根据样品表面的特性进行微小的上下运动，以使相互作用力保持不变。
通过测量探针的运动和位置变化，可以得到样品表面的形貌和特性信息。
图像处理是原子力显微镜成像过程中的重要步骤，能够对所获得的图像进行增强和改善。
常用的图像处理方法包括平滑处理、增强对比度和去噪等。
平滑处理是一种去除图像中噪声和不规则变化的方法。
常用的平滑处理方法有均值滤波、高斯滤波和中值滤波等。
原子力显微镜(AFM)在光盘表面形貌检测中的应用
原子力显微镜（AFM）在光盘表面形貌检测中的应用摘要利用原子力显微镜（AFM）对大小为0.5cm×0.5cm的光盘（CD-R及DVD-R）样品在10000nm2-15000nm2范围内样品表面形貌进行了扫描，采用Imager后处理软件对光盘表面形貌相关参数进行了分析。
关键词AFM；光盘；凹坑一、引言光盘存储技术是20世纪70年代初开始发展起来的一项高新技术。
光盘存储具有可随机存取、存储密度高、保存寿命长、容量大、稳定可靠等优点，现在已经成为重要的数据储存介质。
为提高光盘容量、质量，需要进一步改善CD/DVD 光盘表面的质量分析方法。
AFM 可对CD/DVD表面进行直接三维测量，能够在纳米尺度上对CD/DVD光盘信息位的凸台和凹坑结构进行直接地观测和统计分析，进而可研究出影响其质量的直接原因。
AFM具有可提供量化三维信息，对样品没有特殊要求和效率高等特点，是分析CD/DVD质量的主要工具。
二、AFM工作原理AFM利用微悬臂感受和放大悬臂上尖细探针与受测样品原子间作用力，从而达到检测的目的。
将一微悬臂（对微弱力敏感）一端固定，另一端则有一微小针尖，而针尖与样品表面轻微接触，样品表面原子与针尖尖端原子间存在微弱排斥力，经扫描控制力的恒定，微悬臂（带有针尖）将会对应于样品表面原子和针尖间作用力的等位面从而在垂直样品表面方向上运动起伏。
通过光学或隧道电流的检测法，能够测出对应扫描各点的微悬臂的位置改变，从而可获得样品的表面形貌信息。
三、结果与分析本实验利用的仪器是本原纳米仪器有限公司型号为CSPM-2000wet的原子力显微镜。
实验采用大小为0.5cm×0.5cm的1块光盘（CD-R及DVD-R）作为样品，仪器调节完毕后对样品开始扫描。
一般采用10000nm2-15000nm2范围内样品表面形貌的扫描视图。
1.CD表面形貌分析图3、4分别是CD光盘表面形貌的灰度图及三维图。
从图中可推算出CD 的平均凹坑深度为196nm，道间距为1700nm，所得结果与CD的基本参数大致符合。
物理实验技术中的原子力显微镜的使用方法及数据处理技巧
物理实验技术中的原子力显微镜的使用方法及数据处理技巧原子力显微镜（Atomic Force Microscope, AFM）是一种基于力的显微镜。
它通过扫描样品表面，利用一根非常细的探针来测量表面的力变化，从而得到样品的表面形貌和物理性质。
原子力显微镜是现代物理实验技术中的一项重要工具，具有高分辨率、非破坏性、可在不同环境下工作等优点。
本文将介绍原子力显微镜的使用方法及一些常用的数据处理技巧。
首先，使用原子力显微镜需要注意一些基本操作步骤。
首先，将样品固定在一个样品台上，并放置在显微镜的扫描范围内。
然后，调整探针的位置，使其与样品表面接近但不接触。
在扫描过程中，可以通过监控仪器上的图像来调整探针的高度，以保持适当的力作用于样品表面。
同时，还需根据样品的性质和实验需求，选择适当的扫描模式（例如接触模式、非接触模式等）和参数（如扫描速度、力常数等）。
在实际使用中，需要注意一些常见的影响因素。
首先是热漂移问题，即由于温度变化引起的样品或仪器的位置漂移。
为了解决这个问题，可以在实验前预热样品和仪器，并在实验过程中定期检查样品和探针的位置。
其次是机械振动影响，在扫描过程中，外界的机械振动如空调、水流等都会对测量结果产生干扰。
为了减小振动干扰，可以在实验室环境中采取一些隔振措施，如使用光学隔离台或减小扫描速度等。
在得到原子力显微镜的扫描图像后，我们需要对数据进行处理和分析。
其中最基本的就是对扫描图像进行平均滤波。
由于实验过程中可能存在噪声的干扰，对原始图像进行平均滤波可以降低噪声的影响，得到更平滑的图像。
此外，还可以使用像素修复技术来提高图像的质量，如空间滤波和频域滤波等方法。
对于得到的表面形貌数据，我们可以进行一些更进一步的分析。
常用的方法包括原子分辨率的计算、表面粗糙度的评估以及表面形貌的线性和非线性拟合等。
原子分辨率是指在扫描图像中能够分辨出的最小特征的大小，通过测量相邻特征的间距来计算。
表面粗糙度是指样品表面的不均匀性程度，可以利用均方根（Root Mean Square, RMS）计算。
原子力显微镜工作原理
原子力显微镜工作原理原子力显微镜（Atomic Force Microscope，简称AFM）是一种高分辨率的显微镜技术，能够观测并操控物质的微观结构和表面形貌。
它的工作原理基于原子与物质表面之间的相互作用力。
本文将介绍原子力显微镜的工作原理及其相关知识。
一、原子力显微镜的构成原子力显微镜主要包括扫描探针、力传感器、瞬时力回馈系统、图像处理与显示系统等组成。
1. 扫描探针：扫描探针是原子力显微镜的核心部件之一。
它一般由硅或硅的掺杂物制成，具有非常尖锐的尖端。
探针通过控制系统被带动进行扫描，同时可以感受到样品表面的微小力作用。
2. 力传感器：力传感器用于测量样品表面与探针之间的相互作用力。
常见的力传感器有光纤光栅传感器和压电传感器等。
当探针扫描样品表面时，受到的力会在传感器上引起微小的形变，通过测量形变量来得到相互作用力的信息。
3. 瞬时力回馈系统：瞬时力回馈系统用于保持探针与样品表面之间的相互作用力保持恒定。
系统会根据力传感器测得的信号进行实时调整，使得探针对样品表面的作用力保持在一个预设值附近，从而实现对样品表面的准确测量。
4. 图像处理与显示系统：图像处理与显示系统对原子力显微镜获取的图像进行分析和处理，并将结果以图像形式展示出来。
这使得研究人员可以直观地观察到样品表面的形貌和微观结构。
二、原子力显微镜的工作原理原子力显微镜的工作原理基于探针与样品表面之间的相互作用力，该相互作用力主要包括吸附力、排斥力和弹性力等。
1. 吸附力：当探针与样品表面靠近时，由于分子间的吸引作用，存在一定的吸附力。
该吸附力可以反映出样品表面的化学性质和粘附特性。
2. 排斥力：当探针靠近样品表面时，由于电子云的重叠，存在排斥力。
该排斥力可以提供样品表面的纳米级几何拓扑信息。
3. 弹性力：样品表面的弹性力反映出样品的屈服性和力学性质。
通过测量探针在样品表面上下运动时感受到的力，可以得到样品的弹性特征。
原子力显微镜的运行过程大致如下：首先，将探针缓慢靠近样品表面，使得探针尖端与样品表面之间的距离约为几纳米。
利用原子力显微镜进行表面形貌观察的指南
利用原子力显微镜进行表面形貌观察的指南导语：随着科技的不断进步，原子力显微镜(Atomic Force Microscope, AFM)作为一种先进的纳米观测工具，被广泛应用于材料科学、生物学以及物理学等领域。
本文将为初学者提供一份关于如何使用原子力显微镜进行表面形貌观察的指南。
1. 简介与工作原理原子力显微镜是一种基于原子相互作用力进行成像的仪器。
它通过利用微探针扫描样品表面，探测样品表面的微小差异，并将这些信号转换为形貌图像。
它能够以纳米级分辨率观察样品表面的形貌。
2. 样品准备在进行原子力显微镜观察之前，样品的准备非常重要。
首先，样品应具备一定的平整度，以避免扫描时出现高低起伏。
其次，样品应处于干燥的环境中，避免湿气的干扰。
最后，样品应放置在一个稳定的平台上，确保在扫描过程中不会移动。
3. 微探针的安装与调整将观测样品放置在原子力显微镜仪器上，并安装好微探针。
微探针的选择应根据样品的材料和需求来确定。
调整微探针的位置和角度，确保其与样品表面正交，并保持适当的力。
调整过程中可以使用现象法，即通过观察反射光斑移动的方向来判断微探针的运动状态。
4. 扫描参数的选择与设置原子力显微镜有多种扫描模式，根据具体的应用需求选择合适的模式。
一般来说，常见的扫描参数包括扫描速度、扫描范围和扫描力等。
较高的扫描速度可以提高工作效率，但可能会导致失去一些细节。
较大的扫描范围可以获取更广阔的视野，但可能会牺牲一些分辨率。
调整这些参数时需要权衡不同的要求，找到一个合适的平衡点。
5. 数据分析与图像处理原子力显微镜所得到的是一系列形貌图像，这些图像需要进行数据分析和图像处理，以提取有价值的信息。
常见的数据分析方法包括表面粗糙度分析、脱层检测和晶体结构分析等。
图像处理方法包括平滑滤波、峰谷提取和三维重建等。
通过这些分析和处理，可以更加深入地了解样品的表面形貌特征。
结语：原子力显微镜作为一种非常强大的表面形貌观测工具，为研究者提供了探索材料世界的全新视角。
基于原子力显微镜的物质表面形貌分析
基于原子力显微镜的物质表面形貌分析随着科技的进步和人们对材料表面形貌研究的需求不断增加，原子力显微镜也被越来越广泛地应用于物质表面形貌分析中。
原子力显微镜是一种能够在原子尺度下观察并记录物质表面的仪器。
其基本原理是利用微小的力探针对物质表面进行扫描，利用微小的位移来测量表面形貌和材料性质的分析方法。
本文将重点介绍基于原子力显微镜的物质表面形貌分析。
一、原子力显微镜的基本原理要了解原子力显微镜，首先需要了解一些概念。
在物理学中，我们知道物质由原子和分子组成。
原子是物质的基本成分，由质子、中子和电子组成。
原子核中的质子和中子又被称为核子。
电子在原子核外围运动，形成原子的化学性质。
原子的大小通常用纳米（nm）为单位来表示。
1nm等于1亿分之一米。
原子力显微镜的原理是利用微小的探针扫描物质表面。
这个探针非常微小，其尖端直径约为0.1纳米。
当探针扫过物质表面时，探针的尖端会受到表面原子对探针的万有引力吸引。
这个吸引力的大小与表面的几何形状和表面原子之间的相互作用力有关。
原子力显微镜通过对探针尖端的位置进行精确控制，可以得到表面原子的空间位置信息。
二、原子力显微镜的工作模式原子力显微镜有多种工作模式，如接触模式、非接触模式、磁力模式等。
其中最常用的是接触模式和非接触模式。
接触模式是最早被发明的原子力显微镜工作模式。
在接触模式下，探针被置于距离表面几个纳米的位置，然后缓慢向表面移动，直到探针尖端与表面发生接触，随后便开始执行扫描任务。
扫描完成后，探针便会离开表面。
由于表面的粘附作用会在探针和样品之间形成相互作用力，因此在接触模式下需要手动调整探针的力，以使探针不会与表面发生粘附现象。
非接触模式是一种比接触模式更加精确的工作模式。
在非接触模式下，探针并不与表面接触，而是通过控制探针位置来测量其与表面之间的力作用，以达到记录表面形貌的目的。
与接触模式比较，非接触模式能够获得更高清晰度的图像。
三、应用原子力显微镜的应用范围非常广泛。
利用原子力显微镜进行纳米级表面观察的方法
利用原子力显微镜进行纳米级表面观察的方法在科技的飞速发展中，原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，简称AFM）作为一种重要的纳米级表面观察工具，为人们提供了研究微观世界的新途径。
它的出现不仅拓宽了科学研究的领域，还对材料科学、生物学等领域的发展产生了深远的影响。
AFM是一种基于扫描探针显微镜的原理，通过探针与样品表面的相互作用力来获得样品表面的形貌信息。
与传统的光学显微镜不同，AFM可以在纳米级别上观察样品表面的形态和性质，具有高分辨率、高灵敏度和高准确性等优点。
它的工作原理是通过在探针尖端施加一个微小的力，然后测量探针与样品表面之间的相互作用力，从而得到样品表面的形貌信息。
在实际应用中，利用AFM进行纳米级表面观察需要一系列的步骤和方法。
首先，我们需要准备一个待测样品，样品可以是固体、液体或气体。
然后，将样品固定在一个扫描平台上，以保持样品的稳定性。
接下来，我们需要选择合适的探针，探针的选择将直接影响到观察结果的质量和准确性。
一般来说，探针的尖端应该具有良好的机械性能和尖锐度，以便更好地与样品表面进行相互作用。
在实际观察过程中，我们需要将探针放置在样品表面上，并通过控制扫描平台的运动来实现对样品表面的扫描。
在扫描过程中，探针尖端与样品表面之间的相互作用力将导致探针的振动，这种振动可以通过传感器来检测和测量。
通过收集和分析传感器的输出信号，我们可以得到样品表面的形貌信息。
同时，AFM还可以通过改变探针与样品之间的相互作用力，来研究样品的力学性质、电学性质等。
除了观察样品表面的形貌信息外，AFM还可以进行一些特殊的操作和实验。
例如，通过在探针尖端附加化学物质，我们可以实现对样品表面的化学修饰；通过在探针尖端施加电压，我们可以实现对样品表面的局部电流测量。
这些操作和实验的目的是进一步研究样品的性质和行为，为科学研究和应用提供更多的信息和可能性。
总的来说，利用原子力显微镜进行纳米级表面观察的方法是一个复杂而精密的过程。
原子力显微镜在表面形貌分析中的应用
原子力显微镜在表面形貌分析中的应用原子力显微镜（Atomic Force Microscope，简称AFM）是一种在近几十年中逐渐发展起来的重要表面形貌分析工具。
其固有的高分辨率和三维成像能力使其成为了材料研究、纳米科技、生物医学和半导体等领域不可或缺的分析工具之一。
这篇文章主要探讨原子力显微镜在表面形貌分析中的应用以及其所带来的技术创新和发展。
一、原子力显微镜介绍原子力显微镜通过扫描表面使得扫描探针来回运动产生的信号来获取目标物体表面的形貌和物理特性等信息。
其工作原理是基于微机电系统和扫描隧穿显微镜的发展而来。
原子力显微镜中的扫描探针上端会固定有一个很小的微针，与被检测物体表面距离保持在10-100nm，通过扫描探针进行垂直扫描以及横向移动，可以获取被检测物体表面每个像素的高度、形状等信息。
原子力显微镜在表面形貌分析中的应用是其突出的特点。
相对于传统的显微镜，原子力显微镜可以获取高分辨率且三维的形貌信息，可以更加准确地呈现分子级别的结构和表面物理性质。
通过在原子力显微镜上加入延时扫描、扫描距离控制、跟踪扫描等高级功能，可以更好地探索材料的表面形貌和各种物理特性。
二、原子力显微镜的应用领域材料研究在材料学领域，原子力显微镜可以帮助科学家们了解材料本身的物理性质以及纳米级别的结构。
通过将扫描探针与材料的表面接触，可以测量表面的形貌和物理属性，如硬度、弹性模量、摩擦系数等。
这些得到的数据可以进一步帮助科学家们更好地设计和制造各种材料，而且在新材料的研发过程中，原子力显微镜可以帮助科学家们分析材料表面形貌和物理属性的变化，使得材料变得更加紧密和工程性更可控。
生物医学在生物医学领域，原子力显微镜可以用来获取纳米级别分子、细胞和组织的三维图像。
通过原子力显微镜的分析，可以更好地了解病毒、蛋白质和细胞等生物体基本结构，同时还可以检测生物分子的相互作用和识别方式。
有了这些数据和信息，科学家们也就可以更好地治疗疾病、寻找药物以及了解病毒的各种临床应用等方面有了更深入的了解。
原子力显微镜测量碳纤维形貌及粗糙度的方法
原子力显微镜测量碳纤维形貌及粗糙度的方法文章介绍了一种利用原子力显微镜对微米级碳纤维表面进行形貌观察和粗糙度分析的方法。
实验介绍了一种样品转移制备的方法，采用直接定位单根碳纤维方法，采用轻敲模式，进行扫描测量。
结果表明，此种方法操作简单，高效实用，能够得到质量较高的碳纤维的表面形貌并分析其粗糙度。
标签：原子力显微镜；碳纤维；形貌；粗糙度引言原子力显微镜（Atomic Force Microscope，AFM）是由Binning等人在描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope，STM）的基础上开发出的一种新型的、具有分子与原子级分辨率的显微镜。
AFM的基本原理是利用一个非常精细的针尖作为探针，当探针非常靠近样品时，其顶端的原子与样品表面原子间的作用力，会使悬臂梁偏离原来的位置或运动状态发生变化，此时入射到悬臂梁上的激光也会随之发生偏转并投射到一个四象限的探测器上，随后根据扫描样品时探针的偏离量重建三维图像，就能获得样品表面的形貌。
由于原子力显微镜样品制样简单，是人类观察微观世界很好的工具，自其问世以来，在很多的领域都得以应用。
碳纤维是由称之为微晶或微纤的类石墨晶体和有序的碳组成的自身复合材料，其碳含量在90%以上。
它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性。
碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料，可作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。
碳纤维具备很多的优点，已经广泛应用于民用、军用、建筑，化工，工业，航天等领域，被称之为21世纪最具有诱惑力的新材料[1-3]。
对于碳纤维的表征方法有多种，相对于其他仪器，原子力显微镜显著的优点就是能够在大气环境下对样品进行检测，并且可以得到样品的三维形貌，进而分析样品表面信息，例如高度分布、粗糙度等。
一般的被测样品表面比较平整，测试中很容易找到下针的位置，得到样品的表面形貌，而要对直径为几个微米的碳纤维表面进行扫描就比较困难，下针的位置不好确定，容易损坏探针。
原子力显微镜在表面分析中的应用研究
原子力显微镜在表面分析中的应用研究随着现代科学技术的不断进步，原子力显微镜逐渐渗透到了表面科学领域，并在表面分析中发挥了重要作用。
本文将重点介绍原子力显微镜在表面分析中的应用研究。
一、什么是原子力显微镜原子力显微镜(AFM)是一种新型的表面形貌分析工具，它是基于扫描探针显微技术发展而来的。
该技术最早由IBM公司的Binnig和Rohrer发明，可以用来描述具有亚纳米级别的表面特征的形态、机理和性质。
AFM通过在扫描探针和样品表面之间建立探针受力的反馈回路，对样品表面进行原子级别的显微测量，并利用反馈信号计算出样品表面的形貌特征。
AFM既可以在空气中进行，在水中和在真空中扫描，扫描范围从纳米到亚米级别，可测量样品表面的三维形貌、力学、磁学、电学性质等。
二、原子力显微镜在表面形貌分析中的应用研究1. 微观形貌检测表面形貌是物质和材料的一个重要性质，也是反映物质/材料生命活动的重要标志。
原子力显微镜可以获取样品表面微观形貌的高分辨率图像，将样品表面精确还原。
目前原子力显微镜广泛应用于材料学、物理学、化学、生物学等领域中的表面形貌测量和表面形貌分析，能够实现以下的测量和分析：(1) 镜面平滑性、晶体表面微观形貌和粗糙度的测量和分析；(2) 三维形状的表面拓扑特征分析；(3) 片上集成电路、磁性材料、生物材料等在表面形貌分析中的应用等。
2. 磁力显微镜研究除了能够提供高分辨率的形貌和图像外，AFM还可用于磁力学研究。
例如，在介观尺度的磁性材料中，微观的磁性形貌显得尤为重要，而磁性显微镜技术尤其难以解决这个问题。
AFM则通过利用扫描探针在表面磁场作用下的位移来探测材料磁性的分布，并实现了对表面磁性形貌和磁性学特性的拓扑测量和检测。
3. 温度和压力控制研究由于原子力显微镜技术具有高灵敏度和高分辨率，因此可以通过改变样品和探针之间的作用力强度和形式、控制温度、压力等条件来研究样品表面的多种性质和特征。
例如，通过在探针顶端镀上生物分子等的分子探针来研究生物分子在表面的行为，并探讨了分子的生物功能、依存性等问题。
表面分析和形貌的分析技术研究
表面分析和形貌的分析技术研究表面分析和形貌的研究是材料科学和工程领域中非常重要的一部分。
因为大多数材料和器件的性能都与其表面形貌有关，所以理解和控制表面形貌是优化材料和器件性能的关键。
本文将介绍一些常见的表面分析和形貌的分析技术。
扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜是一种利用电子束扫描样品表面并探测其信号来得到高分辨率图像的仪器。
因为电子波长比光波长小很多，所以SEM具有很高的分辨率。
它可以用于分析材料表面的形貌、结构和成分，并且还可以用于纳米结构的表面分析和制造。
SEM有很广泛的应用，包括纳米科学、材料科学、生物学、地质学等领域。
原子力显微镜（AFM）原子力显微镜是一种高分辨率、非接触式测量技术。
它可以用于测量材料表面形貌、力学性质和电学性质等。
AFM的探针是末端有尖锐针头的压电陶瓷棒，利用针头和样品之间的非接触力调整针头的高度，以获取样品表面形貌信息。
AFM可以实现纳米级别的表面分析和形貌测量。
X射线光电子能谱分析（XPS）X射线光电子能谱分析是一种用于分析材料表面成分和化学状态的技术。
在X射线的激发下，材料表面发射出各个元素的光电子。
通过测量这些光电子的能量和强度，可以确定材料表面的成分和化学状态。
XPS可以分析元素化学状态和表面污染等问题，在工业、材料科学和环境科学等领域有广泛的应用。
拉曼光谱分析拉曼光谱分析是一种用于分析材料分子结构和化学键性质的非侵入式技术。
它通过激光束对样品进行激发，测量样品发射出的散射光的频率和强度来获取样品的信息。
从拉曼光谱中可以得到相对于样品中的原子振动的信息，以及材料分子结构、键强度和晶格振动态信息，广泛应用于材料科学、化学、生物学等领域。
扫描探针显微镜（SPM）扫描探针显微镜是一种高分辨率图像量测和表面形貌观察的技术。
它使用一个小探头在样品表面扫描取得表面信息。
SPM可以高精度地定量检测材料表面的物理性质（如电性、磁性等）和化学性质（如物质溶液中的化学反应及其机理细节等），并且还可以用来研究纳米尺度下的材料性质和反应动力学。
原子力显微镜技术的使用方法概述
原子力显微镜技术的使用方法概述原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，AFM）是一种重要的纳米测量技术，它通过感应式测量原理，能够对样品表面的形貌和力学性质进行非接触式的高分辨率测量。
本文将概述原子力显微镜技术的使用方法。
一、概述原子力显微镜技术原子力显微镜技术是1986年由盖宝集团的格尔班教授和夏佐夫教授等人开发成功的。
它基于原子到纳米尺度的力学相互作用，通过探针与样品之间的相互作用力，以非接触式测量的方式获取样品表面的形貌和力学性质。
相对于传统的光学显微镜和电子显微镜，原子力显微镜在分辨率和测量范围上都具有明显优势。
二、原子力显微镜的工作原理原子力显微镜主要由扫描探针、三维扫描装置和检测系统等部分组成。
它通过探针与样品之间的相互作用力来探究样品表面的细节。
当探针在样品表面扫描时，探针与样品表面的相互作用力会产生微小的弯曲变形。
利用悬臂悬浮的原理，通过悬臂上的激光束来检测探针的弯曲变形，并将这些变化转化为图像和数据。
三、原子力显微镜的使用方法1. 样品准备：在使用原子力显微镜之前，需要对样品进行适当的准备。
首先，清洁样品表面，移除附着在表面上的杂质和污染物。
其次，使样品变得光滑平整，以便更好地观察其表面形貌。
2. 系统调试：在开始实验之前，对原子力显微镜系统进行调试是必要的。
首先，调整探针的接触力，使其在与样品表面接触时不会对样品表面造成损伤。
其次，进行悬臂的校准，以确保探针位置的准确度和稳定性。
3. 参数设置：在进行原子力显微镜实验时，需要设置合适的参数。
这包括扫描速度、扫描范围和像素分辨率等。
根据需要观察的特定表面特征，调整这些参数以获得清晰的图像。
4. 实验操作：将样品放置在原子力显微镜的扫描台上，并根据需要选择适当的观察模式，如接触模式、非接触模式、磁力模式等。
控制系统开始进行扫描，并记录相应的数据。
5. 数据分析：通过原子力显微镜获得的数据可以进行各种分析和处理。
基于原子力显微镜的光盘表面微结构的检测
基于原子力显微镜的光盘表面微结构的检测徐琳;李伯全;丁建宁;范真;程广贵【期刊名称】《光学仪器》【年(卷),期】2008(030)004【摘要】利用原子力显微镜在纳米尺度上观察了光盘(CD)和数字通用光盘(DVD)的表面微观结构,对沟槽间距、摆动幅度等参数进行了测量,进而就这些参数对存储性能的影响进行了分析.实验结果显示:CD-R和DVD-R光盘上以连续的沟槽取代坑,并组成螺旋状的轨道,DVD-R光盘的信息存储密度更大.光盘轨道间距的变化范围是摆动幅度的4倍.写入后,沟槽的深度明显变深.实验结果同时表明,利用AFM能直接测量光盘上信息位的形貌参数,进而找出影响光盘质量的直接因素.【总页数】5页(P1-5)【作者】徐琳;李伯全;丁建宁;范真;程广贵【作者单位】江苏大学,微纳米科学技术研究中心,江苏,镇江,212013;江苏大学,机械工程学院,江苏,镇江,212013;江苏大学,机械工程学院,江苏,镇江,212013;江苏大学,微纳米科学技术研究中心,江苏,镇江,212013;江苏工业学院,江苏,常州,213164;江苏大学,微纳米科学技术研究中心,江苏,镇江,212013;江苏大学,机械工程学院,江苏,镇江,212013;江苏大学,微纳米科学技术研究中心,江苏,镇江,212013【正文语种】中文【中图分类】TQ597【相关文献】1.用原子力显微镜测量光盘的凹坑形貌 [J], 景蔚萱;蒋庄德2.原子力显微镜(AFM)在光盘检测及其质量控制中的应用 [J], 景蔚萱;蒋庄德3.基于隧道电流检测方式的原子力显微镜纳米检测系统设计 [J], 刘安平;郭红华;朱坤;覃国平;王斌波4.原子力显微镜在金刚石表面微结构分析中的应用 [J], 黄文浩;张竟敏;阎立峰;陈宇航;褚家如5.基于单一椭圆铰链的光纤光栅加速度传感器分析——评《基于原子力显微镜的纳米机械加工与检测技术》 [J], 胡璞; 易名农因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
原子力显微镜实验数据处理
槽宽平均值
D 349 402 324 335 247 299 326nm 6
2
六、实验结果陈述与总结 通过本实验，我们学习和了解原子力显微镜的原理和结构；学习原子力显微镜的操作和调试 过程，并以之来观测了 DVD 样品的表面形貌，得到其表面的 2D 图和 3D 图。测得 DVD 样品上的条 宽平均值为 d 758.17nm ；槽宽平均值为 D 326nm 。
－8 －6
2、采用接触模式时，对待测样品有何要求，为什么？ 答：接触模式 AFM 适合检测表面强度较高、结构稳定的样品。 因为接触模式下因针尖的作用力， 尤其是横向力会引起的样品损伤， 不适合于柔软或吸附样品的检测， 所以适合检测表面强度较高、结构稳定的样品 。
指导教师批阅意见：
Hale Waihona Puke 成绩评定：3五、数据记录与处理
1、测得的 DVD 样品 2D 图：
2、测得的 DVD 样品 3D 图：
1
3、DVD 样品条宽 d 和槽宽 D 次数 条宽 d （nm） 槽宽 D （nm） 条宽平均值
d 796 763 763 712 750 765 758.17nm 6
1 796 349 2 763 402 3 763 324 4 712 335 5 750 247 6 765 299
七、思考题
1、原子力显微镜的工作原理是什么？ 答：原子力显微镜是将一个对微弱力极敏感的微悬臂一端固定，另一端有一微小的针尖，针尖与样品的表 面轻轻接触，由于针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的排斥力（10 -10 N） ，通过扫描时控制这种力 的恒定 ， 带有针尖的微悬臂将对应于针尖与样品表面原子间作用力的等位面而在垂直于样品的表面方向起伏运 动。利用光学检测法和隧道电流检测法，可以测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化，从而可以获得样品的表 面形貌的信息。
原子力显微镜(AFM)在光盘检测及其质量控制中的应用
原子力显微镜(AFM)在光盘检测及其质量控制中的应用景蔚萱;蒋庄德【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2003(011)004【摘要】综述了原子力显微镜(AFM)在光盘质量检测中的应用.AFM能够在nm尺度上直接对光盘及其模板上的信息位几何结构的特征尺寸及其误差进行三维测量,从而可以建立生产工艺参数和信息位几何结构之间、信息位几何结构和盘片电气性能之间的关系,进而找出影响光盘质量的直接原因.用AFM进行光盘质量检测主要有三方面：盘片和模板表面的定性观测;信息位几何结构的半定量分析;信息位特征尺寸的统计分析.定性观测和半定量分析可以对盘片播放的高误差率、凹坑形态和块出错率、凸台形态及其表面粗糙度等参数进行有针对性的检测;而信息位特征尺寸的统计分析则可以对信息位几何结构的关键参数进行面向生产过程的统计分析.所得结论表明AFM在光盘质量检测过程中具有独特的优势.【总页数】6页(P368-373)【作者】景蔚萱;蒋庄德【作者单位】西安交通大学,精密工程研究所,陕西,西安,710049;西安交通大学,精密工程研究所,陕西,西安,710049【正文语种】中文【中图分类】TP212【相关文献】1.原子力显微镜(AFM)在材料性能分析中的应用 [J], 施春陵;蒋建清2.原子力显微镜（AFM）在石英薄片表面形貌分析中的应用 [J], 杨丽;张佩聪;王建华;董万建3.原子力显微镜（AFM）应用于纳米科学中的研究进展 [J], 于凉云;张奇;袁淑军4.原子力显微镜(AFM)在淀粉纳米级结构分析中的应用 [J], 黄强; 罗发兴5.原子力显微镜(AFM)在矿物浮选中的应用研究 [J], 于淙权;徐超;高腾跃;秦广林;陈艳波;蔡明明因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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ｉｍａｇｅｄ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ ｗｉｔｈｉｎ ２３１ｕｎｘ２３ｐｍｘ５ｐｍ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｒａｎｇｅ．Ｔｅｓｔｓ，ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｃａｌｃｕｈｔｉｏｎｓ ｓｈｏｗｓ ｈｈａｔ ｉｔｓ ｌａｔｅｒａｌ ａｎｄ ｖｅｒｔｉｃａｌ
ｓ啪ｓｉｚｅｓ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ａ佗Ｏ．２５ｎｍ ａｎｄ Ｏ．Ｉｎｎ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｏｎ ａｌｌ ａｘｅｓ ｆｏｒ ａｌｌ￥ｃ［１ｎ ｓｉｚｅｓ，ａｎｄ ｌａｔｅｒａｌ ａｃｃｕｒａｃｙ ｉｓ ５％ｏｒｌ ｌｍｅｒａｌ ａｘｅｓ ｆｏｒ ａｌｌ
作为探测传感器的上扫描力显微镜。扫描力显微镜与中科院化学所本原纳米仪器公司的扫描探针显微镜控制器联接进行实验
测试，在２３ｐｍ×２３ｕｍ×５岬的扫描范围对样品进行了扫描成像。经测试、分析和计算，在伞量程扫描范围内横向和纵向分辨
力分别为０．３５ｒｉｍ和０．１ｎｍ、在未有任何软件和硬件补偿的情况下横向满量程扫描范围内精度为５％。
２扫描力显微镜上驱动悬臂梁探针 运动的扫描器
对上扫描方式扫描器最重要的是激光光点能 保持在悬臂梁探针的背面的同一位置上不动或变 动很小，并能跟踪上悬臂粱原子力探针随着扫描器 在控制电压下运动扫描被测样品表面。图２所示的 半跟踪设计模式，采用一个四象限分割电极压电陶
瓷管作为ｘ－ｙ方向扫描管，采用另一个全电极的压 电陶瓷管作为Ｚ向扫描管，一个会聚透镜安装在Ｘ—Ｙ
（１）
刀
其中，础玻璃的红光折射率（波长为６５６．２７ｎｍ）。
因为ｎ＞ｌ，所以ｓｉｎ口２＜ｓｉｎ ｃｒｌ，从而折射激
光束的中心未能在１位置处射到悬臂梁探针背面的
中心点。设鼬跟踪上的距离，则
Ｓ＝（Ｈ／ｅｏｓａ２）·ｓｉｎ（ａｌ－ａ２）
＝Ｈ［Ｉ一下婴】．ｓｉｎａｌ（２） √＂２一ｓｉｎ２口ｌ。
２００８年增刊
本文作者首先设计了上扫描力显微镜上驱动 悬臂梁探针作扫描运动的扫描器。图４为该扫描器 的设计原理图。它包括把ｘ—ｙ—ｚ一体的四象限分割 屯极的压电陶瓷扫描管２、一端周定于壳体上的连 接套Ｉ，绝缘隔离垫片４，套管５，用于安装悬臂梁 探针８的专用扫描探针卡具７，圆柱形光学平行玻璃 ３和光学会聚物镜６：压电陶瓷扫描管一端同定于壳 体上的连接套，另一端与套管的上端相接，套管的 下端安装带有悬臂梁探针的扫描探针卡具；压电陶
１００Ｉ．ｕｎｘｌ００ｐｍ ｘ５１ｍ范围内的标准台阶高度、标准沟 槽深度和标准栅格样品等纳米实物尺寸标准的计
量与校准问题需要在舢上的零Ａｂｂｅ误差点处安装
类似扫描探针类显微镜这样高分辨率的探测传感 器，因此我们提出了研制外观和结构酷似传感器这 样并能安装在纳米测量机上作为探测传感器的扫
描力显微镜（Ｓ踟。
３５９
万方数据
电子测量与仪器学报
１扫描力显微镜扫描方式的选择
扫描力显微镜根据扫描实施的方式可分为图ｌ和图 ２所示的扫描器带动扫描探针在被测样品上扫描 （简称为上扫描），用以区别于图３所示的扫描器 带动被测样品扫描而扫描探针不动的扫描方式（简
２００８年增刊
称为下扫描方式）。上扫描全足｝｛踪方式的扫描力显 徼镜和下扫描方式的扫描力显微镜占地体积火，看 起来像台仪器而不像是个传感器；上扫描全跟踪方 式扫描范围大、未有残余跟踪误差。但负载质量人， ｚ方向伺服反馈慢，扫描速度慢，也是体积大。上 扫描半跟踪模式的扫描力显微镜负载小，扫描频率 高。缺点是部分跟踪、有残余未跟踪误差存在。
几个毫米，最佳位置是使得会聚物镜的－ｌ－心到悬臂 梁探针的背面的距离等于该物镜的焦距厶冈而’Ｆ 行准直的激光束９被其会聚到悬臂梁探针的背面。
因为口ｌ和ａ２都很小，所以ｃｏｓａｌ≈ｌ，
ｓｉｎａｌ≈ａｌ。
ｓ：日（口１一口２）：Ｈ０一马口Ｉ
刀
：日（１一马．垒塞型
（３）
栉
Ｌ
其中，△减△Ｊ，是压电陶瓷管ｘ或ｙ方向的扫描位移。
压电扫描管的上方，用于把激光器发出的发散 激光束会聚成像，把另一个会聚物镜安装在两个扫 描管之间连接处，既起部分光学跟踪作用又与会聚 透镜一起把激光器发出的发散激光束会聚成像在 悬臂梁探针的背面。但是单一物镜跟踪的范嗣实在 是有限，使得激光光束未能完全跟踪上探针而引起 的残余误差较大，况且由于两个压电陶瓷管都伸 缩，把散发的激光光束成像在悬臂梁探针背面所需 要的两个光学成像物镜之间的相对位置是不固定 的，将多个光学成像物镜安装在一个扫描管的内部 结构很复杂、调整困难。
扫描力显微镜系统由扫描力显微镜和控制系 统组成。而扫描力显微镜由扫描器和悬臂梁探针弯 曲探测系统等组成。其基本原理是：将一个对微弱 力极敏感的１００至Ｕ２００微米长的微悬臂一端固定，另 一自由端有一个几个微米长、直径小于ｌＯｎｍ的微小 的针尖，针尖与样品表面相对逼近时，由于针尖尖 端原子与样品表面原子间存在极微弱的原子间力， 使得微悬臂先是由于吸引力向下弯曲后是排斥力 向上弯曲。在扫描时控制这种力的恒定，带有针尖 的微悬臂将沿针尖与样品表面原子间作用力做等 位面运动。利用光学检测法或隧道电流检测法，可 测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化，从而可获 得样品表面形貌的信息。
ｗｉｔｈｏｕｔ ａｎｙ ｓｏｌ睹ｗａｒｅ ａｎｄ ｈａｒｄｗａｒｅ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ．
ｍｎＤ，Ｓｃａｎｎｅｒ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＳＦＭ），Ｎａｎｏｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ
纳米级探测传感器是纳米测量机（ＮＭＭ）在 １００ｐｍｘｌ００ｐｍ×Ｓｐｍ空间范周内实现分辨率０．１ｎｍ、测 量不确定度为ｉｎｍ和２５ｍｍｘ２５ｍｍｘ５ｍ的空间范围内 实现分辨率为１．２４ｎｍ、测量不确定度小于１０ｈｍ、量 值可直接溯源到光波波长的三维坐标测量的关键。 其测量标准器其是以双纵模稳频激光器为光源的 激光干涉仪。实现上述测量精度需要传感器在布局 上能在三个坐标方向消除Ａｂｂｅ误差，即三台纳米级 微型平面镜干涉仪的测量轴正交于探测传感器的 测量点与被测对象的接触点。根据不同的测量范 围，探测传感器可以是扫描探针显微镜（ＳＰＭ）、 激光定焦显微镜（ＬＦＳ）或其他探测类型传感器等。 但纳米测量机零Ａｂｂｅ误差点处有限的空问上只能 安装结构上紧凑、看似探头式的传感器。为解决
万方数据
电子测量与仪器学报
瓷扫描管与套管内壁固定胶粘接在圆柱形光学－、Ｆ 行玻璃的圆柱面上；在套管的上端内壁平行玻璃的 下方安装光学会聚物镜，使得平行准直的激光束会 聚到悬臂梁探针的背面；压电陶瓷扫描管通过驱动 细电缆线接到压电陶瓷伸缩控制驱动器上。压电陶 瓷扫描管带动悬臂梁探针扫过被测样品表面，具有
可见玻璃的红光折射率越高，折射角也越小，越有
利于跟踪，光学，Ｆ行玻璃越厚（臆越大），越有
利于跟踪。设悬臂梁探针针尖的背面到光学平行玻
璃底端Ｉ｛Ｉ点的距离为ｈ，设悬臂梁探针中心在ｌ位置 相对０位置的偏移量为△ｚ７（见图一｛１的仃）。
则—Ｌ＋—ｈ：三
（４）
Ａｘ’ Ａｘ
Ａｖ
所以Ａｘ’＝竺（三＋厅）．
（５）
６为－７．板玻璃的部分跟踪原理。在图６中， 堤压电 陶瓷管的长度，砌光学平行玻璃厚度。设在电压
作用下，压电陶瓷扫描管带动光学平行玻璃由０位 置转动ｊｉｔＪｌ位置，此时，入射准直激光束相对ｌ位置
万方数据
电子测量与仪器学报
处的光学平行玻璃的入射角为口１，折射角为口２， 则ｒ＇ｎ光学折射公式
ｓｉｎ口２：三ｓｉｎ口１
电子测量与仪器学报
２００８年增刊
一种探测传感器式的扫描力显微镜的研制
陈晓梅１ 马晓苏１ 朱振宇１杨德良２
（１中国一航北京汝城计量测试技术研究所。北京１０００９５）
（２中科院化学所本原纳米仪器公司，北京１０００８３）
摘要：本文主要介绍了用予扫描力显微镜并带动探针运动的扫描器的研制。利用该扫描器，研制了能安装在纳米测量机上
嘶吠…一一ｌａｓｅ ｄ删ｄ
图１上扫描半跟踪方式ＳＦＭ
图２上扫描全跟踪方式ＳＦＭ
图３下扫描方式扫描力显微镜
纳米测量机需要结构上紧凑、看似传感器探头 的扫描力显微镜安装在这样的位置使悬臂梁探针 位于零Ａｂｂｅ误差点上而不占用过多的空间。而且纳 米测景机的机械结构和“水平运动就是纳米测骨机 的ｘ轴和Ｙ轴微工作台的运动而垂商运动是探测传 感器的位移和纳米测量机的Ｚ轴微动工作台的运动 的组合”的工作模式需要扫描力显微镜扫描器的ｚ 轴伺服反馈移动去实现快速扫描从而节省测罱时 间，因而只有上扫描半跟踪模式的扫描力显微镜的 结构紧凑、看似传感器外形，虽然有残余未跟踪误 差存在，但可通过结构设计减小该误差。况且作为 探测传感器安装在纳米测景机上后额外的Ｘ和Ｙ扫 描只是用来帮助把悬臂梁探针调到被测样品上感 兴趣的区域内。
图５扫描力显微镜原理图 光电位置接受器１３上的反射激光束也随着悬 臂梁探针的向上或向下弯曲使得成像光斑位置发 生变化，继而可测得微悬臂对应于被测样品１０扫描 各点的位置变化，从而可以获得样品表面形貌的信 息。各主要元器件的设计如下： ２．１压电陶瓷管的选择 选择四象限分割式的压电陶瓷管。管长３０ｒａｍ， 外径，Ｄ：１２ｍｍ，内径州：ｌＯｚｚ。 ２．２光源的选择 通常图１所示的上扫描半跟踪扫描力显微镜中 选用的是普通的激光二级管。根据本设计图４的扫 描器原理图，选用带尾纤准直输出激光光束光源， 输出功率２ｍＷ，准直光束直径ｌ啪。选择带尾纤准直 器联接的激光器的另一优点是激光器的发热不会 传递到扫描力显微镜的内部。 ２．３上扫描半跟踪方案的设计 选择凸透镜和光学平行玻璃共同作为半跟踪 器件。优点是跟踪量是凸透镜跟踪量和平板玻璃跟 踪量之和。这在很大程度上减小了未跟踪误差。图
关键宇：扫描力显微镜（ＳＦＭ），纳米测量机（ＮＭＭ），扫描器。
中图分类号：ＴＨ７４２
文献标识码； Ｂ
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａ ＳＦＭ Ｏｆ ｐｒｏｂｉｎｇ ｓｅｎｓｏｒ ｌｏｏｋ－ａｌｉｋｅ
Ｃｈｅｎ Ｘｉａபைடு நூலகம்ｍｅｉ １