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精密测量显微镜的基本原理介绍

信息来源:www.shzhhe.com
    精密测量显微镜广泛地适用于计量室、生产作业线及科学研究等部门。工作台除作X、Y坐标的移动外,还可以作360度的旋转,亦可以进行高度方向做Z坐标的测量;采用双筒目镜观察。照明系统除作透、反射照明外还可以作斜。仪器进一步可连接CCD电视摄像头,作工件的轮廓放大;可以连接计算机进行处理等测量。
    与STM类似,在AFM中,使用对微弱力非常敏感的弹性悬臂上的针尖对样品表面作光栅式扫描。当针尖和样品表面的距离非常接近时,针尖尖端的原子与样品表面的原子之间存在极微弱的作用力(10-12~10-6N),此时,微悬臂就会发生微小的弹性形变。针尖与样品之间的力F与微悬臂的形变之间遵循虎克定律:F=-k*x ,其中,k为微悬臂的力常数。所以,只要测出微悬臂形变量的大小,就可以获得针尖与样品之间作用力的大小。
    针尖与样品之间的作用力与距离有强烈的依赖关系,所以在扫描过程中利用反馈回路保持针尖与样品之间的作用力恒定,即保持为悬臂的形变量不变,针尖就会随样品表面的起伏上下移动,记录针尖上下运动的轨迹即可得到样品表面形貌的信息。这种工作模式被称为“恒力”模式(Constant Force Mode),是使用最广泛的扫描方式。
    AFM的图像也可以使用“恒高”模式(Constant Height Mode)来获得,也就是在X,Y扫描过程中,不使用反馈回路,保持针尖与样品之间的距离恒定,通过测量微悬臂Z方向的形变量来成像。这种方式不使用反馈回路,可以采用更高的扫描速度,通常在观察原子、分子像时用得比较多,而对于表面起伏比较大的样品不适用。


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