原子力显微镜在材料科学研究中的应用（三）

在做原子力显微镜AFM测试时，科学指南针检测平台工作人员在与很多同学沟通中了解到，好多同学对AFM测试不太了解，针对此，科学指南针检测平台团队组织相关同事对网上海量知识进行整理，希望可以帮助到科研圈的伙伴们；

AFM是利用样品表面与探针之间力的相互作用这一物理现象，因此不受STM等要求样品表面能够导电的限制，可对导体进行探测，对于不具有导电性的组织、生物材料和有机材料等绝缘体，AFM同样可得到高分辨率的表面形貌图像，从而使它更具有适应性，更具有广阔的应用空间。AFM可以在真空、超高真空、气体、溶液、电化学环境、常温和低温等环境下工作，可供研究时选择适当的环境，其基底可以是云母、硅、高取向热解石墨、玻璃等。AFM已被广泛地应用于表面分析的各个领域，通过对表面形貌的分析、归纳、总结，以获得更深层次的信息。

三维形貌观测

通过检测探针与样品间的作用力可表征样品表面的三维形貌，这是AFM最基本的功能。AFM在水平方向具有0.1-0.2nm的高分辨率，在垂直方向的分辨率约为0.01nm。尽管AFM和扫描电子显微镜（SEM）的横向分辨率是相似的，但AFM和SEM两种技术的最基本的区别在于处理试样深度变化时有不同的表征。由于表面的高低起伏状态能够准确地以数值的形式获取，AFM对表面整体图像进行分析可得到样品表面的粗糙度、颗粒度、平均梯度、孔结构和孔径分布等参数，也可对样品的形貌进行丰富的三维模拟显示，使图像更适合于人的直观视觉。图1就是接触式下得到的二氧化硅增透薄膜原子力图像，同时还可以逼真的看到其表面的三维形貌。

图1二氧化硅增透薄膜AFM图

在半导体加工过程中通常需要测量高纵比结构，像沟槽和孔洞，以确定刻蚀的深度和宽度。这些在SEM下只有将样品沿截面切开才能测量。AFM可以无损的进行测量后即返回生产线。图2为光栅的AFM图像，扫描范围为4×4μm。根据图2的结果,通过profile功能就可以定量测量刻槽的深度及宽度。

图2光栅的AFM图

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