原子力顯微鏡（AFM）在光盤表面形貌檢測中的應用

摘 要 利用原子力顯微鏡（AFM）對大小為0.5cm×0.5cm的光盤（CD-R及DVD-R）樣品在10000nm2-15000nm2范圍內樣品表面形貌進行了掃描，采用Imager后處理軟件對光盤表面形貌相關參數(shù)進行了分析。

關鍵詞 AFM；光盤；凹坑

一、引言

光盤存儲技術是20世紀70年代初開始發(fā)展起來的一項高新技術。光盤存儲具有可隨機存取、存儲密度高、保存壽命長、容量大、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，現(xiàn)在已經成為重要的數(shù)據(jù)儲存介質。為提高光盤容量、質量，需要進一步改善CD/DVD光盤表面的質量分析方法。AFM 可對CD/DVD表面進行直接三維測量，能夠在納米尺度上對CD/DVD光盤信息位的凸臺和凹坑結構進行直接地觀測和統(tǒng)計分析，進而可研究出影響其質量的直接原因。AFM具有可提供量化三維信息，對樣品沒有特殊要求和效率高等特點，是分析CD/DVD質量的主要工具。

二、AFM工作原理

AFM利用微懸臂感受和放大懸臂上尖細探針與受測樣品原子間作用力，從而達到檢測的目的。將一微懸臂（對微弱力敏感）一端固定，另一端則有一微小針尖，而針尖與樣品表面輕微接觸，樣品表面原子與針尖尖端原子間存在微弱排斥力，經掃描控制力的恒定，微懸臂（帶有針尖）將會對應于樣品表面原子和針尖間作用力的等位面從而在垂直樣品表面方向上運動起伏。通過光學或隧道電流的檢測法，能夠測出對應掃描各點的微懸臂的位置改變，從而可獲得樣品的表面形貌信息。

三、結果與分析

本實驗利用的儀器是本原納米儀器有限公司型號為CSPM-2000wet的原子力顯微鏡。實驗采用大小為0.5cm×0.5cm的1塊光盤（CD-R及DVD-R）作為樣品，儀器調節(jié)完畢后對樣品開始掃描。一般采用10000nm2-15000nm2范圍內樣品表面形貌的掃描視圖。

1.CD表面形貌分析

圖3、4分別是CD光盤表面形貌的灰度圖及三維圖。從圖中可推算出CD的平均凹坑深度為196nm，道間距為1700nm，所得結果與CD的基本參數(shù)大致符合。

2.DVD表面形貌分析

圖5、6分別是DVD光盤表面形貌圖及三維圖。圖7是DVD光盤表面形貌剖面圖，采用Imager后處理軟件進行處理，由圖可推算出DVD的平均凹坑深度為180nm，道間距為900nm。由圖可分析得，DVD的平均凹坑深度與CD接近，而道間距更小，表明DVD光盤的信息存儲量明顯高于CD光盤。此外，由于DVD采用了更短波長的激光以及先進的調制、編碼技術，使得DVD的數(shù)據(jù)存儲理是CD的7倍以上（目前常用單層DVD-R最多可保存4.7G數(shù)據(jù)，而CD-R只有0.68G）。

四、結論

原子力顯微鏡（AFM）可直接對CD/DVD光盤進行三維檢測，并能形象直觀地觀測到CD/DVD光盤表面結構。它具有對樣品無特殊要求、提供量化三維信息和分辨率高的特點，是分析CD/DVD光盤質量的重要工具。這種獨特的優(yōu)點使得AFM將在未來的數(shù)據(jù)分析處理中發(fā)揮重要作用。此外，AFM也集納米加工和測量于一體，具有很好的監(jiān)控和加工能力，這對未來研發(fā)更快的存儲介質及海量存儲系統(tǒng)等具有非常重要的意義。

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