什么是AFM

什么是AFM

AFM為1986 年由STM發明人之一Binnig,美丹佛大學Quate 及IBM的Gerber 所發
明。AFM 是一種類似於STM 的顯微技術，它的許多元件和STM是共同的，如用於三
維掃描的電壓陶瓷系統以及反饋控制器等。它和STM 最大的不同是用一個對微弱作用
力極其敏感的微懸臂針尖代替了STM 的隧道針尖，並以探測原子間的微小作用力(Van
der Walls’ Force)代替了STM 的微小穿遂電流。因為這樣所以AFM 不在像STM 侷限於
樣品必須為導體才行，AFM 適用於導體和非導體，它的應用範圍比STM 廣泛的多，因
此AFM 為目前最被廣泛應用在工業界的掃描探針式顯微術。但值得注意的是AFM 的
解析度並沒有STM 來的好！

AFM的探針,一般是利用半導體工業的平面製程方法一體成行的。為了使探針有原
子級的解析度，探針乃呈角錐形，使頂端只具有一顆或數顆穩定原子；為使探針具高靈
敏的原子力感應度，角錐形探針底部乃連結於一槓桿之前緣，此槓桿彎曲程度將反映出
原子力的大小。為測量彎曲度的大小，常用的方法是打一雷射光於懸臂上，而反射回來
的雷射光則利用一能區分光點位置的感光二極體來接收，如此便能得到懸臂受原子力彎
曲的程度，進而得到原子力圖像(見圖十一)。

圖十一. 為AFM 的針尖探測示意圖。

AFM工艺
　　由美国与萨诸塞州Dynetics公司开发的Dynaflow磨料流加工工艺(AFM)是一种强迫含磨料的介质在工件表面或孔中往复运动的金属精加工工艺, 它具有广泛的应用前景。
　　年前, AFM当最先出现时, 它主要用于清除金属件中难于到达的内通道及相交部位的毛刺。它特别适用于加工难加工合金材料制成的结构复杂的航空元件。近年来, 它已被用于精加工流体动力元件中表面粗糙度要求达0.127µm的不能接近的内表面。

AFM的基本原理：介质速度最大时, 磨光的能力也最大。这里, 夹具的结构起着重要作用, 它决定着介质速度在何处最大。夹具用于使工件定位和建立介质流动轨迹, 是精加工所选择部位而不触及相邻部位的关键所在。

AFM的分类﹕
(1) 接触式﹕利用探针和待测物表面之原子力交互作用(一定要接触)，此
作用力(原子间的排斥力)很小，但由于接触面积很小，因此过大的作用力
仍会损坏样品，尤其对软性材质，不过较大的作用力可得较佳分辨率，所
以选择较适当的作用力便十分的重要。由于排斥力对距离非常敏感，所以较易得到原子分辨率。
(2) 非接触式﹕为了解决接触式之AFM 可能破坏样品的缺点，便有非接
触式之AFM 被发展出来，这是利用原子间的长距离吸引力来运作，由于
探针和样品没有接触，因此样品没有被破坏的问题，不过此力对距离的
变化非常小，所以必须使用调变技术来增加讯号对噪声比。在空气中由于
样品表面水模的影响，其分辨率一般只有50nm，而在超高真空中可得原子分辨率。
(3) 轻敲式﹕将非接触式AFM 改良，将探针和样品表面距离拉近，增大振福，使探针再振荡至波谷时接触样品由于样品的表面高低起伏，使的振幅改变，再利用接触式的回馈控制方式，便能取得高度影像。分辨率界于接触式和非接触式之间，破坏样品之机率大为降低，且不受横向力的干扰。不过对很硬的样品而言，针尖仍可能受损。