基于原子力顯微鏡

1、基于原子力顯微鏡目 錄中文摘要及關(guān)鍵詞1前言11 原子力顯微鏡AFM21.1 AFM的物理根底21.2 原子力顯微鏡的成像原理31.3 原子力顯微鏡的主要構(gòu)件和性能.31.3.1 激光器單元31.3.2 微懸臂單元31.3.3 壓電掃描單元41.3.4 光電檢測與反響單元41.4 原子力顯微鏡的成像形式及特點41.4.1 接觸形式(Contact Mode)51.4.2 非接觸形式(Non-contact Mode)51.4.3 輕敲形式(Tapping Mode)51.5 原子力顯微鏡的功能61.5.1 外表形貌的表征61.5.2 外表物化屬性的表征61.5.3 AFM的功能拓展61.6 原

2、子力顯微鏡的優(yōu)點61.6.1 高的空間分辨率61.6.2 廣泛的試驗對象61.6.3 簡單易行的制樣過程71.6.4 多樣的試驗環(huán)境72 利用 AFM 對 ZnO 薄膜外表形貌進展研究72.1 ZnO 的根本構(gòu)造、特性及用途72.2 ZnO 薄膜的制備72.3 用 AFM 對樣品進展掃描82.4 利用AFM離線軟件系統(tǒng)對掃描圖像進展處理及分析92.4.1 AFM 離線軟件系統(tǒng)簡介92.4.2 掃描圖像的處理92.4.3 掃描圖像的分析113 結(jié)論與展望15參考文獻15英文摘要及關(guān)鍵詞16致謝16基于原子力顯微鏡AFM的ZnO薄膜外表形貌研究摘要：本文簡述了原子力顯微鏡探測物體外表形貌的根本原理

3、，詳細地介紹了原子力顯微鏡4大核心構(gòu)件的性能：激光器、微懸臂、壓電掃描器、光電檢測器；簡單介紹了該儀器探測運行的3種形式：接觸形式、非接觸形式、輕敲形式，并指出了輕敲形式的獨到之處；強調(diào)了原子力顯微鏡所能進展的參數(shù)分析和數(shù)據(jù)處理功能，同時將原子力顯微鏡同其它外表探測儀器進展了比較，突出了原子力顯微鏡的優(yōu)越性。 ZnO 薄膜作為1種新功能材料，具有廣闊的應(yīng)用前景，研究 ZnO 薄膜外表形貌的特征具有非常重要的意義。本文利用原子力顯微鏡研究了 CVD 法制備的 ZnO 薄膜的外表形貌特征，包括結(jié)晶取向、外表缺陷、外表平整度、外表粗糙度、顆粒大小、顆粒形狀及其分布狀況等，同時也對原子力顯微鏡的圖像處

4、理及分析軟件系統(tǒng)的1些功能作了簡要的介紹。關(guān)鍵詞: 原子力顯微鏡AFM；ZnO 薄膜；外表形貌；圖像分析Study on the surface topography of ZnO thin filmsby Atomic Force Microscope (AFM)Abstract：This paper has introduced the basic principles of Atomic Force Microscope (AFM) in detecting the surface topography of samples shortly, and has reviewed the p

5、roperties and functions of the four key components of AFM such as Laser, cantilevers, piezoelectric scanner and photoelectric diode concretely. It has also expatiated three kinds of running modes of this equipment such as contact mode, non-contact mode and tapping mode in details, and has given the

6、unique point of tapping mode, and has stressed on the idiographic function of the instruments parameter-analysis and data-processing, and has given prominence to the superiority of AFM according to the comparison and analysis between AFM and other surface detectors. ZnO is a new function material wh

7、ich will be widely used in the future. So studying the surface topography of ZnO thin films has great value. In this paper, ZnO thin films are prepared by CVD method, and the properties of their surface topography have been studied completely by AFM, including the direction of the grain growth, surf

8、ace deficient, surface flatness, surface roughness, the magnitude of grains, the shape and distribution of grains. And this paper has also introduced some functions of the image managing and analyzing software system shortly.Key words：Atomic Force Microscope (AFM); surface topography; ZnO thin films

9、; image analysis前言顯微觀測技術(shù)是人類視覺感官功能的延伸與增強，以光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡為代表的1系列先進顯微技術(shù)的出現(xiàn)與應(yīng)用，為人類科技和社會的進步做出了宏大奉獻。然而1切都還沒有完畢，科技是無止境的。1982年，IBM 公司蘇黎世實驗室的 G.Binning 和 H.Rohrer 創(chuàng)造了世界上第1臺掃描隧道顯微鏡( Scanning Tunnelling Microscope，簡稱 STM )。STM 儀器可以提供人們前所未有的高空間分辨率，利用 STM，人類有史以來第1次在實空間觀察到了原子的晶格構(gòu)造圖像，為人類認識微觀世界的奧秘提供了有力的觀察和研究工具。掃描隧道顯微鏡

10、以它優(yōu)異的功能激起各國學(xué)者的極大關(guān)注，在它出現(xiàn)后的幾年中，已經(jīng)在物理學(xué)、材料科學(xué)、光電子學(xué)和微電子技術(shù)等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。但是，STM 的工作原理要求樣品必須是電的良導(dǎo)體，所以它只能用于研究導(dǎo)體和半導(dǎo)體材料。而大部分的材料是不導(dǎo)電的，在研究它們時必須在樣品外表覆蓋1層導(dǎo)電薄膜。這既大大地增加了制樣的難度，而且在很大程度上損失了樣品的細節(jié)信息1。近年來，由于光電子器件潛在的宏大市場，使光電材料成為研究的重點，其中 ZnO 薄膜材料的研究是光電領(lǐng)域中國際前沿課題的熱點。如何進步異質(zhì)外延生長的 ZnO 薄膜的晶質(zhì)是當(dāng)前這1國際熱點課題中的關(guān)鍵問題之1。如今用 AFM 觀測 ZnO 生長過程中幾個主

11、要階段的外表形貌來探求優(yōu)化工藝與改善晶質(zhì)的方法，是1個前沿性課題。分析晶粒生長取向、大小、分布狀況等工作有利于研究 ZnO 的微觀生長機理， 改善晶質(zhì)。為優(yōu)化生長工藝提出建議是目前 ZnO 薄膜制備研究的1個方向，相對于其它常規(guī)顯微鏡 AFM 在這方面起著舉足輕重的作用3,4。本文簡述了AFM 探測物體外表形貌的根本原理，闡述了AFM 的主要構(gòu)件、工作形式、功能及相對于其它顯微鏡的優(yōu)點；并利用原子力顯微鏡在常溫、常壓及大氣氣氛下采用輕敲形式掃描出 ZnO 薄膜外表形貌圖，然后利用 AFM 圖像處理及分析軟件對掃描圖像進展處理及分析，從而得到了 ZnO 薄膜外表形貌的特征，表達了AFM 在研究材料外表形貌方面的優(yōu)越性。1 原子力顯微鏡AFM1.1 AFM 的物理根底所謂原子力顯微鏡就是利用原子間的作用力來到達觀察目的的顯微鏡