高精度原子力顯微鏡是一種可用來研究包括絕緣體在內(nèi)的固體材料表面結(jié)構(gòu)的分析儀器。
它主要由帶針尖的微懸臂、微懸臂運(yùn)動(dòng)檢測裝置、監(jiān)控其運(yùn)動(dòng)的反饋回路、使樣品進(jìn)行掃描的壓電陶瓷掃描器件、計(jì)算機(jī)控制的圖像采集、顯示及處理系統(tǒng)組成。
微懸臂運(yùn)動(dòng)可用如隧道電流檢測等電學(xué)方法或光束偏轉(zhuǎn)法、干涉法等光學(xué)方法檢測,當(dāng)針尖與樣品充分接近相互之間存在短程相互斥力時(shí),檢測該斥力可獲得表面原子級分辨圖像,一般情況下分辨率也在納米級水平。
AFM測量對樣品無特殊要求,不需要對樣品進(jìn)行特殊處理,僅在大氣環(huán)境下就可測量固體表面、吸附體系等,得到三維表面粗造度等信息。
高精度原子力顯微鏡利用微懸臂感受和放大懸臂上尖細(xì)探針與受測樣品原子之間的作用力,從而達(dá)到檢測的目的,具有原子級的分辨率。由于原子力顯微鏡既可以觀察導(dǎo)體,也可以觀察非導(dǎo)體,從而彌補(bǔ)了掃描隧道顯微鏡的不足。
原子力顯微鏡是由IBM公司蘇黎世研究中心的格爾德·賓寧與斯坦福大學(xué)的Calvin Quate于一九八五年所發(fā)明的,其目的是為了使非導(dǎo)體也可以采用類似掃描探針顯微鏡(SPM)的觀測方法。
原子力顯微鏡(AFM)與掃描隧道顯微鏡(STM)最大的差別在于并非利用電子隧穿效應(yīng),而是檢測原子之間的接觸,原子鍵合,范德瓦耳斯力或卡西米爾效應(yīng)等來呈現(xiàn)樣品的表面特性。