文档介绍：.
实验六原子力显微镜的构造及样品表面形貌分析
(1) 实验目的了解原子力显微镜的工作原理；初步掌握用原子力显微镜进行表面观测的方法。
实验原理AFM的工作原理
AFM使用一个安装在对微弱力极敏感的微悬臂上的极细探针对样: .
实验六原子力显微镜的构造及样品表面形貌分析
(1) 实验目的了解原子力显微镜的工作原理；初步掌握用原子力显微镜进行表面观测的方法。
实验原理AFM的工作原理
AFM使用一个安装在对微弱力极敏感的微悬臂上的极细探针对样品进行探测。当探针与样品接触时，由于它们原子之间存在极微弱的作用力(吸引或排斥力)，微悬臂偏转。扫描时控制这种作用力恒定，则带针尖的微悬臂将对应于原子间作用力的等位面。微悬臂在垂直于样品表面方向上起伏运动，通过光电检测系统其偏转进行扫描，测得针尖相对于扫描各点的位置变化，将信号放大、转换,即可得到样品表面原子级的三维立体形貌图像。
AFM的核心部件是力的传感器件，包括微悬臂和固定于其一端的针尖；其成像的关键过程是检测微悬臂的运动。检测方法很多，主要可分为两类：电学方法和光学方法。电学方法主要包括隧道电流检测法和电容检测法两种；光学法则是通过测量激光束在微悬臂背面的反射来测量探针运动，包括偏转探测法、自差法、外差法和干涉法等。
AFM的工作方式
图1针尖至样品表面原子间的范德瓦耳斯力
当AFM的微悬臂与样品表面原子相互作用时，通常有几种力同时作用于微悬臂，其中最主要的是范德瓦耳斯力和电子轨道重叠引起的斥力。原子力与针尖至样品表面原子间的距离关系如图1所示。当两个原子相互靠近时，它们先相互吸引，随着原子间距的减小，引力将逐渐被两个原子间的电子斥力抵消，原子力将逐渐由引力过渡到斥力。利用该性质，让针尖与样品处于不同的间距，AFM将有三种不同的工作方式，即接触模式、非接触模式和共振模式或轻敲模式。

本次实验采用偏转探测法检测微悬臂的运动。检测方法示意图如图2所示。
一束激光经微悬臂的背面反射到一个位置灵敏探测器(PSD上，当微悬臂弯曲时，激光束在探测器上的位置将发生移动。PSD本身可测量光点小至1nm的位移，而通过利用光杠杆放大原理，。
微悬臂位移的放大倍数为悬臂至探测器的距离与悬臂长度之比的两倍。如图3,当激光束聚焦入射到悬臂外端时，大部分将被反射到PSD的光敏面上。起始状态，反射光点位于A;原子力状态，样品原子通过针尖推动悬臂移动“％,偏转叙:角。显然，反射光束偏转觀i；i角，光点移动到B，位移量尿。设悬臂长，光电接收元件到悬臂的距离为L，则有
As=L-(2』疋=L■2：亍］二亍匕
上式说明通过光杠杆的作用，可将针尖的微小位移放大
L=10cm=200m,可知放大倍数为
1000倍。
一倍
A
在本仪器中取
1
图2微悬臂运动的偏转检测法

本次实验的实验装置示意图如图4所示。样品相对于探针的横向扫描由计算
机通过D/A接口控制扫描电路实现，在扫描过程中