1、*S衍射屏衍射屏觀察屏觀察屏a 剛可分辨剛可分辨不可分辨不可分辨衍衍射射效效應應sin222.1nrr0.2um （3000倍）最小分辨距離最小分辨距離：阿貝公式：阿貝公式19381938年：第一臺透射電子顯微鏡年：第一臺透射電子顯微鏡TEMTEM）。）。 1952 1952年：第一臺掃描電子顯微鏡年：第一臺掃描電子顯微鏡SEMSEM）。）。 電子顯微鏡的分辨率可以達到納米級電子顯微鏡的分辨率可以達到納米級10-9m10-9m）。）。樣品處理過程復雜樣品處理過程復雜要在高真空的環境下操作要在高真空的環境下操作電子波長比可見光短得多。制成電子顯電子波長比可見光短得多。制成電子顯微鏡將具有更高的分

2、辨本領。微鏡將具有更高的分辨本領。nNear Field Scanning Optical Microscopy (NSOM) SPM SPM是指在是指在STMSTM基礎上發展起來的一大類顯微鏡，基礎上發展起來的一大類顯微鏡，通過探測極小探針與表面之間的物理作用量如光、通過探測極小探針與表面之間的物理作用量如光、電、磁、力等的大小而獲得表面信息。電、磁、力等的大小而獲得表面信息。19821982年，年，Gerd BinnigGerd Binnig和和Heinrich Heinrich RohrerRohrer發明掃描隧道顯微鏡發明掃描隧道顯微鏡STM )STM )，獲，獲得得19861986年

3、的諾貝爾物理學獎年的諾貝爾物理學獎 。賓尼 羅雷爾 隧道電流隨探針隧道電流隨探針樣品間距離減小而呈樣品間距離減小而呈指數增加指數增加d1nm樣品導電性要好樣品導電性要好 1986 1986，IBMIBM，葛，葛賓尼賓尼G. BinnigG. Binnig發明了原子發明了原子力顯微鏡力顯微鏡(Atomic Force Microscope ,AFM)(Atomic Force Microscope ,AFM)新一新一代表面觀測儀器代表面觀測儀器原理：利用原子之間的范德華力原理：利用原子之間的范德華力Van Der WaalsVan Der WaalsForceForce作用來呈現樣品的表面特性作

4、用來呈現樣品的表面特性原子間的作用力吸引部分排斥部分F pair d原子原子排斥力原子原子吸引力samplescannercantileverphoto detectorlaser diode微懸臂激光二極管光電檢測器力檢測部分力檢測部分光學檢測部分光學檢測部分反饋電子系統反饋電子系統壓電掃描系統壓電掃描系統計算機控制系統計算機控制系統van der Waals force curve 針尖始終向樣品接觸并簡單地在表面上移動，針尖樣品間的相互作用力是互相接觸原于的電子間存在的庫侖排斥力，其大小通常為108 1011N。van der Waals force curved .nm 優點：可產生穩

5、定、高分辨圖像。缺點： 可能使樣品產生相當大的變形，對柔軟的樣品造成破壞，以及破壞探針，嚴重影響AFM成像質量。 相互作用力是范德華吸引力，遠小于排斥力. van der Waals force curved: 520nm振幅：2nm5nm范德華吸引力 微懸臂以共振頻率振蕩，通過控制微懸臂振幅恒定來獲得樣品表面信息的。 優點：對樣品無損傷優點：對樣品無損傷 缺點：缺點： 1 1分辨率要比接觸式的低。分辨率要比接觸式的低。 2 2氣體的表面壓吸附到樣品表面，造成圖像氣體的表面壓吸附到樣品表面，造成圖像 數據不穩定和對樣品的破壞。數據不穩定和對樣品的破壞。 介于接觸模式和非接觸模式之間介于接觸模式

6、和非接觸模式之間: : 其特點是掃描過程中微懸臂也是振蕩的并具有比非其特點是掃描過程中微懸臂也是振蕩的并具有比非接觸模式更大的振幅接觸模式更大的振幅(5100nm)(5100nm)，針尖在振蕩時間斷地，針尖在振蕩時間斷地與樣品接觸。與樣品接觸。 van der Waals force curve振幅：振幅：5nm 100nm相位成像相位成像(phase imaging)(phase imaging)技術技術通過輕敲模式掃描過程中振動微懸臂的相位變化通過輕敲模式掃描過程中振動微懸臂的相位變化來檢測表面組分來檢測表面組分, ,粘附性粘附性, ,摩擦摩擦, ,粘彈性和其他性質粘彈性和其他性質的變化的

7、變化. .單碳納米壁管單碳納米壁管 直徑直徑0. 70. 75 nm5 nm原子力顯微鏡的應用原子力顯微鏡的應用金屬金屬半導體材料半導體材料化學化學納米材料納米材料生命科學生命科學微加工技術微加工技術用AFM觀察DNA雙螺旋結構v 生物和生命科學用AFM觀察細胞生長v 生物和生命科學用AFM觀察集成電路的線路刻蝕情況v 微電子科學和技術 Kajiyama Kajiyama等人應用等人應用AFMAFM研究了單分散聚苯乙烯研究了單分散聚苯乙烯(PS)/(PS)/聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(PMMA)共混成膜的相分離情況。共混成膜的相分離情況。 膜較厚時膜較厚時(25(25), )

8、, 看不到分相。膜厚看不到分相。膜厚100n100n時時, ,可以得到可以得到PMMAPMMA呈島狀分布在呈島狀分布在PSPS中的中的AFMAFM圖象。圖象。AFM在聚合物膜研究中的應用在聚合物膜研究中的應用1 表面整體形態研究表面整體形態研究2 孔徑孔徑(分布分布),粒度分布研究粒度分布研究3 粗糙度研究粗糙度研究1 表面整體形態研究2 孔徑孔徑(分布分布),粒度分布研究粒度分布研究Section analysis of TM-AFM image.Tapping mode atomic force micrographs3 粗糙度研究粗糙度研究n 粗糙度粗糙度Surface roughnessSurface roughness表示膜表面形態間表示膜表面形態間的差異，影響著膜的物理和化學性能、膜表面的污的差異，影響著膜的物理和化學性能、膜表面的污染程度和膜的水通量。染程度和膜的水