原子力显微镜(AFM)介绍及经典案例分享(一)
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发布时间：2024-10-04 11:30
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时间：2024-10-27 06:36
图1.仪器照片
厂家：Bruker（德国）
型号：Dimension icon/ Dimension iconXR
主要参数
XY方向扫描范围90μm*90μm
垂直方向扫描范围10μm
样品尺寸可达直径210mm，厚度15mm
可持续稳定得到原子级分辨率
智能扫描功能(Scan Asyst)
用途及功能
表面形貌（粗糙度）、成分分辨，具备接触、轻敲、peakforce等多种模式成形貌像，摩擦力图像、定量相位图像，表面局域电场力、磁场力、表面电势以及导电性、电场力及磁场力图像，表面电势可分辨表面两点电势差绝对值，分辨率10mV，导电原子力显微镜(CAFM)可测量I-V曲线，表征表面局域导电性。
特殊模块功能附件
KPFM（可搭载特殊模式KPFM，如明暗场、截面KPFM） 、PFM、EFM、MFM、CAFM、力曲线、SCM、QNM、高压PFM。
PART2
经典案例
1、薄膜表面形貌和粗糙度表征
原子力显微镜(AFM)通过检测待测样品表面和探针之间的相互作用力来表征样品的表面结构及性质,它可以对样品的表面形貌起伏、结构变化进行表征，获得样品表面的形貌、粗糙度和结构尺寸等信息。同时轻敲模式下可以得到相图，表征样品的组分、硬度、粘弹性质，模量等因素引起相位角变化。
数据分析软件中对样品的形貌进行三维模拟显示，使图像的视觉效果更加直观。利用数据分析软件还能得到测定区域内常用的表征粗糙度的参数（表面平均粗糙度Ra和均方根粗糙度Rq）和其他表征样品表面的部分参数。
下图表征的是薄膜样品的二维形貌图、三维形貌图、相图和粗糙度等部分参数结果。
图2.薄膜的二维形貌图、三维形貌图、相图和粗糙度
送样须知
块体、晶圆、薄膜等待测样品尺寸：5mm-210mm(可裁剪、破片的样品尺寸可超过210mm)，高度：小于15mm。
测试面需保持清洁无污染，不稳定的样品需抽真空后寄样防止样品变质，特殊样品可寄样前沟通确认。
2、纳米层状材料厚度表征
自二维材料首次提出至今，有大量的可用数据和高性能的器件演示证明了二维材料以其独特的结构特征和物理化学性质使其在电子学、光电子学、催化、储能、太阳能电池、生物医学、传感器、环境等方面具有巨大的潜在应用前景。
为了研究二维材料的形貌和厚度对其性能的影响，使用具有原子级分辨率的AFM能够准确测量二维材料片层形貌大小及厚度，图3表征的是二维材料中层状材料的形貌和厚度分析的结果。
除表征片层厚度，AFM还可以无损表征台阶或沟槽等需要测量高纵比结构的宽度和深度。
图3.二维层状材料的二维形貌图、三维形貌图及厚度分析
送样须知
块体、薄膜等待测样品尺寸：5mm-210mm(可裁剪、破片的样品尺寸可超过210mm)，高度：小于15mm。
测试面需保持清洁无污染，不稳定的样品需抽真空后寄样防止样品变质，特殊样品可寄样前沟通确认。
粉末、液体样品需提供制样条件，除超纯水、乙醇外其它分散剂需送样时自备，基底可选择云母片和疏水硅片，特殊制样可寄样前提前沟通确认。
测试台阶样品台阶高度、沟槽深度不超过10微米。
3、开尔文探针力显微镜表征（KPFM）
开尔文探针力显微镜（Kelvin Probe Force Microscopy KPFM）通常测试的是导电探针和样品表面的接触电势差（CPD）,它可以在不损伤样品的情况下同时得到待测样品的微观表面形貌和表面电学性质的信息，例如图4中KPFM可以清晰、准确地分辨合金样品中不同材料的电势差分布。
图4.合金样品的主形貌和对应电势分布图
此外通过与标准物（如金膜、银膜）的测定（如图5所示），计算可以获取待测材料的功函数。KPFM目前已经被广泛被应用于金属与半导体材料表面的各种电学性质的测量。
图5.样品和金膜的主形貌和对应电势分布图
送样须知
块体、薄膜等待测样品尺寸：5mm-210mm(可裁剪、破片的样品尺寸可超过210mm)，高度：小于15mm。
待测样品需是导电样品且表面起伏不宜过大。
测试面需保持清洁无污染，金属或不稳定的样品需抽真空后寄样防止样品氧化、变质，特殊样品可寄样前沟通确认。
粉末、液体样品需提供制样条件，除乙醇外其它分散剂需送样时自备，基底可选择疏水性的导电硅片和导电玻璃ITO，特殊制样可寄样前提前沟通确认。
若需要在同一张图中测试如图5中显示类似的样品，需要界面处能明显区分且无样品堆积。
