原子力顯微鏡在納米測量技術中的應用

劉蘭嬌

（長春理工大學,長春 130022）

納米技術被譽為21世紀的科學，現已成為世界各國研究的熱點領域。它的迅猛發展將在世界范圍內引發一場包括生命科學、信息技術、生態環境技術、能源技術在內的幾乎覆蓋所有工業領域的大革命。從納米技術的發展來看，納米測量技術的地位和作用是不容忽視的。納米加工和制造離不開納米測量，精密計量已不能適應納米技術發展的要求，而且成為了納米技術發展的瓶頸。因此，納米測量技術和測量裝置，不僅是21世紀納米技術實用過程中必須關注的焦點，而且也是21世紀計量測試領域研究的重中之重。在納米技術研究中，原子力顯微鏡（AFM）一直發揮著重要作用。對于納米技術的基礎教學而言， AFM無疑是學生們感知納米量級的最直接的方式之一。因此，本論文針對學生特點及教學要求，將AFM工作原理及實際掃描后得到的圖片引入到課堂中進行輔助教學，取得了一定的效果。

1 AFM引入基礎教學

納米級位移測量技術至今尚未有明確的定義。通常認為測量精度或分辨率在0.5～100納米之間的位移測量技術，統稱為納米級位移測量技術。納米測量技術的內涵涉及納米尺度的評價、成份、微細結構和物質特性的納米尺度的測量，它是在納米尺度上研究材料和器件的結構與性能、發現新現象、發展新方法、創造新技術的基礎。納米測量所涉及的兩個重要領域就是納米長度測量和納米級的表面輪廓測量[1]。

原子力顯微鏡（atomic force microscope，簡稱AFM）是利用微懸臂感受和放大懸臂上探針與受測樣品原子之間的作用力，從而達到檢測的目的，具有原子級的分辨率[2]。原子力顯微鏡研究對象可以是有機固體、聚合物以及生物大分子等，其可以在空氣或者液體下對樣品直接進行成像，分辨率很高。因此，AFM被廣泛應用于納米長度測量和納米級的表面輪廓測量中。

2 AFM教學實例

針對納米測量所涉及的兩個重要領域：納米長度測量和納米級的表面輪廓測量。列舉了AFM掃描的利用多光束激光干涉光刻制備單晶硅形貌圖。

圖1 激光干涉四光束點陣形貌圖

圖2 激光干涉三光束點陣形貌圖

圖3 激光干涉兩光束條紋形貌圖

通過原子力顯微鏡對樣品形貌的掃描，可以讓學生更為直觀地了解AFM以及納米測量的相關概念及原理。同時，清晰的掃描圖像可以進一步促進學生對教學內容的理解和認識。

3 結論

通過將原子力顯微鏡實驗課程引入納米測量技術教學中，可以將抽象、難以理解的問題具體化、形象化，學生可以在使用或者觀看AFM的過程中對納米測量技術課程中基本概念的理解進一步加深，有利于培養學生的學習興趣、建模能力和實際應用能力。

[1]楊曉紅,楊圣.納米級位移測量技術綜述[J].鹽城工學院學報,2000.

[2]李艷青，智麗麗，原子力顯微鏡的原理及其在生命科學中的應用[J].昌吉學院學報,2010.