什么是AFM

什么是AFM

AFM為1986 年由STM發(fā)明人之一Binnig,美丹佛大學(xué)Quate 及IBM的Gerber 所發(fā)
明。AFM 是一種類(lèi)似於STM 的顯微技術(shù)，它的許多元件和STM是共同的，如用於三
維掃描的電壓陶瓷系統(tǒng)以及反饋控制器等。它和STM 最大的不同是用一個(gè)對(duì)微弱作用
力極其敏感的微懸臂針尖代替了STM 的隧道針尖，並以探測(cè)原子間的微小作用力(Van
der Walls’ Force)代替了STM 的微小穿遂電流。因?yàn)檫@樣所以AFM 不在像STM 侷限於
樣品必須為導(dǎo)體才行，AFM 適用於導(dǎo)體和非導(dǎo)體，它的應(yīng)用範(fàn)圍比STM 廣泛的多，因
此AFM 為目前最被廣泛應(yīng)用在工業(yè)界的掃描探針式顯微術(shù)。但值得注意的是AFM 的
解析度並沒(méi)有STM 來(lái)的好！

AFM的探針,一般是利用半導(dǎo)體工業(yè)的平面製程方法一體成行的。為了使探針有原
子級(jí)的解析度，探針乃呈角錐形，使頂端只具有一顆或數(shù)顆穩(wěn)定原子；為使探針具高靈
敏的原子力感應(yīng)度，角錐形探針底部乃連結(jié)於一槓桿之前緣，此槓桿彎曲程度將反映出
原子力的大小。為測(cè)量彎曲度的大小，常用的方法是打一雷射光於懸臂上，而反射回來(lái)
的雷射光則利用一能區(qū)分光點(diǎn)位置的感光二極體來(lái)接收，如此便能得到懸臂受原子力彎
曲的程度，進(jìn)而得到原子力圖像(見(jiàn)圖十一)。

圖十一. 為AFM 的針尖探測(cè)示意圖。

AFM工藝
　　由美國(guó)與薩諸塞州Dynetics公司開(kāi)發(fā)的Dynaflow磨料流加工工藝(AFM)是一種強(qiáng)迫含磨料的介質(zhì)在工件表面或孔中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的金屬精加工工藝, 它具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　年前, AFM當(dāng)最先出現(xiàn)時(shí), 它主要用于清除金屬件中難于到達(dá)的內(nèi)通道及相交部位的毛刺。它特別適用于加工難加工合金材料制成的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的航空元件。近年來(lái), 它已被用于精加工流體動(dòng)力元件中表面粗糙度要求達(dá)0.127µm的不能接近的內(nèi)表面。

AFM的基本原理：介質(zhì)速度最大時(shí), 磨光的能力也最大。這里, 夾具的結(jié)構(gòu)起著重要作用, 它決定著介質(zhì)速度在何處最大。夾具用于使工件定位和建立介質(zhì)流動(dòng)軌跡, 是精加工所選擇部位而不觸及相鄰部位的關(guān)鍵所在。

AFM的分類(lèi)﹕
(1) 接觸式﹕利用探針和待測(cè)物表面之原子力交互作用(一定要接觸)，此
作用力(原子間的排斥力)很小，但由于接觸面積很小，因此過(guò)大的作用力
仍會(huì)損壞樣品，尤其對(duì)軟性材質(zhì)，不過(guò)較大的作用力可得較佳分辨率，所
以選擇較適當(dāng)?shù)淖饔昧Ρ闶值闹匾?。由于排斥力?duì)距離非常敏感，所以較易得到原子分辨率。
(2) 非接觸式﹕為了解決接觸式之AFM 可能破壞樣品的缺點(diǎn)，便有非接
觸式之AFM 被發(fā)展出來(lái)，這是利用原子間的長(zhǎng)距離吸引力來(lái)運(yùn)作，由于
探針和樣品沒(méi)有接觸，因此樣品沒(méi)有被破壞的問(wèn)題，不過(guò)此力對(duì)距離的
變化非常小，所以必須使用調(diào)變技術(shù)來(lái)增加訊號(hào)對(duì)噪聲比。在空氣中由于
樣品表面水模的影響，其分辨率一般只有50nm，而在超高真空中可得原子分辨率。
(3) 輕敲式﹕將非接觸式AFM 改良，將探針和樣品表面距離拉近，增大振福，使探針再振蕩至波谷時(shí)接觸樣品由于樣品的表面高低起伏，使的振幅改變，再利用接觸式的回饋控制方式，便能取得高度影像。分辨率界于接觸式和非接觸式之間，破壞樣品之機(jī)率大為降低，且不受橫向力的干擾。不過(guò)對(duì)很硬的樣品而言，針尖仍可能受損。