原子力顯微技術

Question

有人可以幫我解釋什麼是原子力顯微技術嗎??謝謝
我只知道它似乎對奈米科技很有貢獻...

Answer 1

掃描探針顯微技術（Scanning Probe Microscopy：SPM）係指具有『掃描機制與動作』及『微細探針機制』的顯微技術；而原子力顯微鏡（1986年誕生）為掃描探針顯微技術（SPM）的代表儀器，其在科學上的應用已非侷限於奈米尺度表面影像的量測，更廣為應用於探索奈米尺度下，微觀的物性（光、力、電、磁）量測，對奈米科技有直接的助益。AFM是由Binnig等人於1986年所發明的，具有原子級解像能力，可應用於多種材料表面檢測，並能在真空、氣體或液體環境中操作。AFM之探針一般由成份為Si或Si3N4懸臂樑及針尖所組成，針尖尖端直徑介於20至100nm之間。主要原理係藉由針尖與試片間的原子作用力，使懸臂樑產生微細位移，以測得表面結構形狀，其中最常用的距離控制方式為光束偏折技術。AFM操作模式可區分為接觸式（contact）、非接觸式（non-contact）及間歇接觸式（或稱為輕敲式，intermittent contact or tapping）三大類，不過若要獲得真正原子解析度，必須以非接觸式的操作模式在真空環境下方能得到。目前原子力顯微鏡（AFM）的應用範圍十分廣泛，包括表面形貌量測、粗糙度分析及生醫樣品檢測等。原子力顯微鏡（AFM）屬於掃描探針顯微技術（SPM）的一支，此類顯微技術都是利用特製的微小探針，來偵測探針與樣品表面之間的某種交互作用，如穿隧電流、原子力、磁力、近場電磁波等等，然後使用一個具有三軸位移的壓電陶瓷掃描器，使探針在樣品表面做左右前後掃描（或樣品做掃描），並利用此掃描器的垂直微調能力及迴饋電路，讓探針與樣品問的交互作用在掃描過程中維持固定，此時兩者距離在數至數百A°（10-10m）之間，而只要記錄掃描面上每點的垂直微調距離，我們便能得到樣品表面的等交互作用圖像，這些資料便可用來推導出樣品表面特性。圖6-4是原子力顯微鏡（AFM）的結構示意圖。AFM的主要結構可分為探針、偏移量偵測器、掃描器、迴饋電路及電腦控制系統五大部分，最常見的機構如圖6-4所示。距離控制方式為光束偏折技術，光係由二極體雷射產生出來後，聚焦在鍍有金屬薄膜的探針尖端背面，然後光束被反射至四象限光電二極體，在經過放大電路轉成電壓訊號後，垂直部份的兩個電壓訊號相減得到差分訊號，當電腦控制X、y軸驅動器使樣品掃描時，探針會上下偏移，差分訊號也跟著改變，因此迴饋電路便控制z軸驅動器調整探針與樣品距離，此距離微調或其他訊號送入電腦中，記錄成為X、Y的函數，便是AFM影像。
圖片參考：http://elearning.stut.edu.tw/caster/3/no6/imge6-4.png
圖6-4AFM的探針是由針尖附在懸臂樑前端所組成，當探針尖端與樣品表面接觸時，由於懸臂樑的彈性係數與原子間的作用力常數相當，因此針尖原子與樣品表面原子的作用力便會使探針在垂直方向移動，簡單的說就是樣品表面的高低起伏使探針作上下偏移，而藉著調整探針與樣品距離，便可在掃描過程中維持固定的原子力，此垂直微調距離，或簡稱為高度，便可當成二維函數儲存起來，也就是掃描區域的等原子力圖像，這通常對應於樣品的表面地形，一般稱為高度影像。AFM的操作模式可大略分為以下三種：（1）接觸式：在接觸式操作下，探針與樣品問的作用力是原子間的排斥力，這是最早被發展出來的操作模式，由於排斥力對距離非常敏感，所以接觸式AFM較容易得到原子解析度。在一般的接觸式量測中，探針與樣品問的作用力很小，約為10-6至10-10N（Newton），但由於接觸面積極小，因此過大的作用力仍會損壞樣品表面，但較大的的作用力通常可得到較佳的解析度。因此選擇適當的的作用力，接觸式的操作模式是十分重要的。（2）非接觸式：為了解決接觸式AFM可能損壞樣品的缺點，便有非接觸式AFM發展出來，這是利用原子間的長距離吸引力『凡德瓦爾力』來運作。凡德瓦爾力對距離的變化非常小，因此必須使用調變技術來增強訊號對雜訊比，便能得到等作用力圖像，這也就是樣品的高度影像。一般非接觸式AFM只有約50nm（10-9m）的解析度，不過在真空環境下操作，其解析度可達原子級的解析度，是AFM中解析度最佳的操作模式。（3）輕敲式：第三種輕敲式AFM則是將非接觸式加以改良，其原理係將探針與樣品距離加近，然後增大振幅，使探針在振盪至波谷時接觸樣品，由於樣品的表面高低起伏，使得振幅改變，再利用類似非接觸式的迴饋控制方式，便能取得高度影像。由於AFM具有原子級的解析度，是各種薄膜粗糙度檢測，及微觀表面結構研究的重要工具，並且也很適合與掃描電子顯微鏡相搭配，成為從mm至nm尺度的表面分析儀器（參閱表6-3）；而AFM亦可在液體環境中操作，更可用來觀測材料表面在化學反應過程中的變化，以及生物活體的動態行為，可廣泛應用於生物科技及醫學科技上。另外就是AFM亦可應用於奈米結構之製作與加工，目前已有多種可行方法，應用於超高密度記憶裝置及次微米電子元件的製作。 

Answer 2

about civil engineering + electrical and electronic engineering

http://tw.knowledge.yahoo.com/question/?qid=1306032203933

Answer 3

「原子力顯微技術」是個很大的題目耶！！
不是三言兩語能夠講的清楚的，但我還是試著給你一些概念吧！！

「原子力顯微技術」使用的設備通稱為「掃瞄式探針顯微鏡，Scanning Probe Microscopy，簡稱SPM」，主要是利用很細微的「探針」偵測試片表面來呈像，又依利用感測的原理不同可以細分為三類：
1. 原子力顯微鏡（Atomic Force Microscopy，AFM）：感測探針與試片表面原子相互「吸引」與「排斥」力。
2. 掃瞄穿遂顯微鏡（Scanning Tunnel Microscopy，STM）：加偏壓於探針上，感測探針於試片表面原子上的穿遂電流。
3. 磁力顯微鏡（Magnetic Force Microscopy，MFM）：感測探針與磁性材料試片表面原子的磁力變化。

「原子力顯微技術」的應用，大致上劃分為兩個領域：
1. 作為「顯微觀察」：例如上述，AFM、STM、MFM，用以觀察試片的表面型態。。
2. 作為「微影製程」：又細分為「刻痕」與「氧化」
「刻痕」：是控制探針在試片的表面，將我們所想要的圖案「刻」出來。
「氧化」：利用電化學的原理，加偏壓在探針上，讓試片表面產生氧化點、線或面，來形成我們需要的圖樣，但是試片必須可以導電。

你可以到下面的網址去參考一下，或許在搜尋引擎鍵入「AFM」，「原子力顯微鏡」等等字眼就可搜尋到很多相關資料了。
參考資料
http://www2.kuas.edu.tw/prof/dragon/solid/4afm.htm