文档介绍：原子力显微镜-实验报告
原子力显微镜
姓名：董佳婧学号：141120021 院系：物理学院

摘要：本文阐述了原子力显微镜的结构、原理及应用，观察了样品的表面形貌，最后对本实验进行了讨论。
关键词：原子力显
原子力显微镜-实验报告
原子力显微镜
姓名：董佳婧学号：141120021 院系：物理学院

摘要：本文阐述了原子力显微镜的结构、原理及应用，观察了样品的表面形貌，最后对本实验进行了讨论。
关键词：原子力显微镜，导电ITO，表面粗糙度
1. 引言
在当今的科学技术中，如何观察、测量、分析尺寸小于可见光波长的物体，是一个重要的研究方向。扫描隧道显微镜(STM) 使人们首次能够真正实时地观察到单个原子在物体表面的排列方式和与表面电子行为有关的物理、化学性质。 STM要求样品表面能够导电，从而使得STM只能直接观察导体和半导体的表面结构。为了克服STM 的不足之处，推出了原子力显微镜(AFM)。AFM是通过探针与被测样品之间微弱的相互作用力(原子力) 来获得物质表面形貌的信息。因此，AFM除导电样品外，还能够观测非导电样品的表面结构，且不需要用导电薄膜覆盖,其应用领域将更为广阔。
2. 原子力显微镜结构及工作原理
在原子力显微镜的系统中，可分成三个部分：力检测部分、位置检测部分、反馈系统，如图1所示。
图1
限会接收到同悬臂形变量成一定的比例关系的激光强度差值。反馈回路根据检测器的信号与预置值的差值，不断调整针尖一样品距离，并且保持针尖一样品作用力不变，就可以得到表面形貌像。这种测量模式称为恒力模式。当已知样品表面非常平滑时，可以让针尖一样品距离保持恒定，这时针尖一样品作用力大小直接反映了表面的高低，这种方法称恒高模式。本实验采用恒力模式。
4. 原子力显微镜的操作步骤
（1）依次开启：电脑-控制机箱-高压电源-激光器。
（2）用粗调旋钮将样品逼近微探针至两者间距<1 mm。
（3）再用细调旋钮使样品逼近微探针：顺时针旋细调旋钮，直至光斑突然向PSD移动。
（4）缓慢地逆时针调节细调旋钮并观察机箱上反馈读数：Z反馈信号约稳定在－150至－250之间（不单调增减即可），就可以开始扫描样品。
（5）读数基本稳定后，打开扫描软件，开始扫描。
（6）扫描完毕后，逆时针转动细调旋钮退样品，细调要退到底。再逆时针转动粗调旋钮退样品，直至下方平台伸出1厘米左右。
（7）实验完毕，依次关闭：激光器-高压电源-控制机箱
（8）处理图像，得到粗糙度
5. 实验数据
1）导电ITO样品的表面形貌
粗糙度 Ra: nm ; Ry: nm ; Rz: nm
扫描范围 X: 4000 nm ; Y: 4000 nm
图像大小 X: 400 pixel ; Y: 400 pixel
二维表面形貌：
三维表面形貌：
2）A4纸样品的表面形貌
粗糙度 Ra: nm ; Ry: nm ; Rz: nm
扫描范围 X: 4000 nm ; Y: 4000 nm
图像大小 X: 400 pixel ; Y: 400 pixel
二维表面形貌：
三维表面形貌
：
3）Cu样品的表面形貌
粗糙度 Ra: nm ; Ry: nm ; Rz: nm
扫描范围 X: 4000 nm ; Y: 4000 nm
图像大小 X: 400 pixel ; Y: 400 pixel
二维表面形貌：
三维表面形貌
4）Si样品的表面形貌
粗糙度 Ra: nm ; Ry: nm ; Rz: nm
扫描范围 X: 4000 nm ; Y: 4000 nm
图像大小 X: 400 pixel ; Y: 400 pixel
二维表面形貌
三维表面形貌
6. 对实验的讨论
（1）AFM探测到的原子力的由哪两种主要成分组成？
吸引力即范德瓦耳斯力、电子云重叠而引起的排斥相互作用。
（2）原子力显微镜有哪些应用？
在物理学中，AFM可以用于研究金属和半导体的表面形貌、表面重构、表面电子态及动态过程，超导体表面结构和电子态层材料中的电荷密度等。从理论上讲，金属的表面结构可由晶体结构推断出，但实际上金属表面很复杂。衍射分析方法已经表明，在许多情况下，表面形成超晶