原子力顯微鏡在納米測(cè)量技術(shù)中的應(yīng)用

劉蘭嬌

（長(zhǎng)春理工大學(xué),長(zhǎng)春 130022）

納米技術(shù)被譽(yù)為21世紀(jì)的科學(xué)，現(xiàn)已成為世界各國(guó)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。它的迅猛發(fā)展將在世界范圍內(nèi)引發(fā)一場(chǎng)包括生命科學(xué)、信息技術(shù)、生態(tài)環(huán)境技術(shù)、能源技術(shù)在內(nèi)的幾乎覆蓋所有工業(yè)領(lǐng)域的大革命。從納米技術(shù)的發(fā)展來(lái)看，納米測(cè)量技術(shù)的地位和作用是不容忽視的。納米加工和制造離不開納米測(cè)量，精密計(jì)量已不能適應(yīng)納米技術(shù)發(fā)展的要求，而且成為了納米技術(shù)發(fā)展的瓶頸。因此，納米測(cè)量技術(shù)和測(cè)量裝置，不僅是21世紀(jì)納米技術(shù)實(shí)用過(guò)程中必須關(guān)注的焦點(diǎn)，而且也是21世紀(jì)計(jì)量測(cè)試領(lǐng)域研究的重中之重。在納米技術(shù)研究中，原子力顯微鏡（AFM）一直發(fā)揮著重要作用。對(duì)于納米技術(shù)的基礎(chǔ)教學(xué)而言， AFM無(wú)疑是學(xué)生們感知納米量級(jí)的最直接的方式之一。因此，本論文針對(duì)學(xué)生特點(diǎn)及教學(xué)要求，將AFM工作原理及實(shí)際掃描后得到的圖片引入到課堂中進(jìn)行輔助教學(xué)，取得了一定的效果。

1 AFM引入基礎(chǔ)教學(xué)

納米級(jí)位移測(cè)量技術(shù)至今尚未有明確的定義。通常認(rèn)為測(cè)量精度或分辨率在0.5～100納米之間的位移測(cè)量技術(shù)，統(tǒng)稱為納米級(jí)位移測(cè)量技術(shù)。納米測(cè)量技術(shù)的內(nèi)涵涉及納米尺度的評(píng)價(jià)、成份、微細(xì)結(jié)構(gòu)和物質(zhì)特性的納米尺度的測(cè)量，它是在納米尺度上研究材料和器件的結(jié)構(gòu)與性能、發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、發(fā)展新方法、創(chuàng)造新技術(shù)的基礎(chǔ)。納米測(cè)量所涉及的兩個(gè)重要領(lǐng)域就是納米長(zhǎng)度測(cè)量和納米級(jí)的表面輪廓測(cè)量[1]。

原子力顯微鏡（atomic force microscope，簡(jiǎn)稱AFM）是利用微懸臂感受和放大懸臂上探針與受測(cè)樣品原子之間的作用力，從而達(dá)到檢測(cè)的目的，具有原子級(jí)的分辨率[2]。原子力顯微鏡研究對(duì)象可以是有機(jī)固體、聚合物以及生物大分子等，其可以在空氣或者液體下對(duì)樣品直接進(jìn)行成像，分辨率很高。因此，AFM被廣泛應(yīng)用于納米長(zhǎng)度測(cè)量和納米級(jí)的表面輪廓測(cè)量中。

2 AFM教學(xué)實(shí)例

針對(duì)納米測(cè)量所涉及的兩個(gè)重要領(lǐng)域：納米長(zhǎng)度測(cè)量和納米級(jí)的表面輪廓測(cè)量。列舉了AFM掃描的利用多光束激光干涉光刻制備單晶硅形貌圖。

圖1 激光干涉四光束點(diǎn)陣形貌圖

圖2 激光干涉三光束點(diǎn)陣形貌圖

圖3 激光干涉兩光束條紋形貌圖

通過(guò)原子力顯微鏡對(duì)樣品形貌的掃描，可以讓學(xué)生更為直觀地了解AFM以及納米測(cè)量的相關(guān)概念及原理。同時(shí)，清晰的掃描圖像可以進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解和認(rèn)識(shí)。

3 結(jié)論

通過(guò)將原子力顯微鏡實(shí)驗(yàn)課程引入納米測(cè)量技術(shù)教學(xué)中，可以將抽象、難以理解的問(wèn)題具體化、形象化，學(xué)生可以在使用或者觀看AFM的過(guò)程中對(duì)納米測(cè)量技術(shù)課程中基本概念的理解進(jìn)一步加深，有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、建模能力和實(shí)際應(yīng)用能力。

[1]楊曉紅,楊圣.納米級(jí)位移測(cè)量技術(shù)綜述[J].鹽城工學(xué)院學(xué)報(bào),2000.

[2]李艷青，智麗麗，原子力顯微鏡的原理及其在生命科學(xué)中的應(yīng)用[J].昌吉學(xué)院學(xué)報(bào),2010.