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系統架構與產品組成

主要規格 卓越性能 掃描影像 正確的量測理論 與大廠之比較
振幅與Set Point 掃描速度 最佳化條件
  解析說明  

對一般使用者而言,就算擁有一台性能卓越的AFM,由於缺乏相關知識、且經驗不足,常無法駕馭AFM以取得好圖。也就是,對於必要的掃描參數(即探針振幅、Set Point值、掃描速度、回授增益PGainI Gain等五個參數),因對其物理意義認知的不足,於操作AFM時,通常只能以瞎猜、或碰運氣之方式掃圖,終究落得棄械投降之命運。更壞的情況是,就算使用同一機器、同一樣品、同一探針,十個人來操作,可能產生十種不同的量測結果。

所謂的好圖,不單只在於求取影像的清晰,而是要根據科學方法(AFM的物理法則)來操作AFM,以取得正確的表面結構之數據(正確的說法是:要能清楚呈現誤差的數據,才可稱為正確的數據),才不會發生十個人十種結果的下場。以下,簡要說明AFM掃描參數最佳化之理論,這是一個放諸所有AFM皆準、並適用於所有使用者的掃描理論,詳細說明請參閱論文,其要訣如右欄所示。只要根據如此簡單之法則,任何人皆可快速成為AFM專家

如圖1所示,為一般AFM系統之方塊圖(輕敲模式)。本機器已作回授增益最佳化之處理,無須使用者設定。因此,所需設定的掃描參數只剩下探針之振幅、Set Point值、及掃描速度(圓圈處)。
因本機器於輕敲模式下,Z軸影像解析度,已高達0.2nm以下,所以不建議使用接觸模式(接觸模式的缺點是加速針尖磨損與樣品刮傷)。是以,不對接觸模式作說明,但其根本物理法則相同。

1. AFM系統方塊圖(輕敲模式)
掃描參數最佳化之要訣

基本物理概念 探針尖與樣品表面間之作用力要越小,才能掃出更高品質且更正確之影像。該作用力之大小可透過振幅、Set Point值、掃描速度等參數的設定而改變,各參數的設定原則如下:

選 項 說 明
探針尖振幅 要越小越好(代表作用力越小)
Set Point 要越大越好(代表作用力越小)
掃描速度速度 要越慢越好(代表作用力越小)

最佳化之判斷條件(即參數的設定是否恰當之判斷法則):

選 項 說 明
掃圖中的振幅RMS變化 動態誤差要越小越好
來回掃描空間結構 要重複且一致

其他注意事項:

選 項 說 明
雷射光點準直 要最佳化(讓機器反應更靈敏)
自動下針速度 要越慢越好(減少探針磨損)
環境 溫度要穩定、震動要小、溼度要低、電源要乾淨
人員 要具備正確知識、要細心、耐心、觀察
如果以簡單的白話,來描述AFM的量測行為的話,那"瞎子摸象"最恰當不過。AFM不是用"看"的方式,而是用一根探針,以觸摸的感覺,摸出大象的樣子。而摸的力道(也就是探針間與樣品原子間的作用力大小),也就決定了影像的清晰度。通常,要輕輕地、慢慢地觸摸,才能正確摸出象皮上較細的紋路。同理,欲取得清晰的AFM影像,也是要用較輕的力道、較慢的速度,才能掃到清楚且正確的影像。