一、
原理 b ~%(5r. ~ hYG% 原子力
顯微鏡(Atomic Force Microscopy, AFM)是由IBM 公司的Binnig與史丹佛大學的Quate 于一九八五年所發(fā)明的，其目的是為了使非導體也可以采用掃描探針顯微鏡（SPM）進行觀測。
U1J?o #( om;jXf}A 原子力顯微鏡（AFM）與掃描隧道顯微鏡（STM）最大的差別在于并非利用
電子隧道效應，而是利用原子之間的范德華力（Van Der Waals Force）作用來呈現(xiàn)樣品的表面特性。假設兩個原子中，一個是在懸臂（cantilever）的探針尖端，另一個是在樣本的表面，它們之間的作用力會隨距離的改變而變化，其作用力與距離的關(guān)系如“圖1” 所示，當原子與原子很接近時，彼此電子云斥力的作用大于原子核與電子云之間的吸引力作用，所以整個合力表現(xiàn)為斥力的作用，反之若兩原子分開有一定距離時，其電子云斥力的作用小于彼此原子核與電子云之間的吸引力作用，故整個合力表現(xiàn)為引力的作用。若以能量的角度來看，這種原子與原子之間的距離與彼此之間能量的大小也可從Lennard –Jones 的公式中到另一種印證。
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NC@OmSR\0 圖1、原子與原子之間的交互作用力因為彼此之間的距離的不同而不同，其之間的能量表示也會不同
從公式中知道，當r降低到某一程度時其能量為+E，也代表了在空間中兩個原子是相當接近且能量為正值，若假設r增加到某一程度時，其能量就會為-E 同時也說明了空間中兩個原子之距離相當遠的且能量為負值。不管從空間上去看兩個原子之間的距離與其所導致的吸引力和斥力或是從當中能量的關(guān)系來看，原子力式顯微鏡就是利用原子之間那奇妙的關(guān)系來把原子樣子給呈現(xiàn)出來，讓微觀的世界不再神秘。
^Shz[=fd ] "{K5s7 在原子力顯微鏡的系統(tǒng)中，是利用微小探針與待測物之間交互作用力，來呈現(xiàn)待測物的表面之
物理特性。所以在原子力顯微鏡中也利用斥力與吸引力的方式發(fā)展出兩種操作模式：
V 7%rKK D]Bvjh （1）利用原子斥力的變化而產(chǎn)生表面輪廓為接觸式原子力顯微鏡（contact AFM ），探針與試片的距離約數(shù)個。
|V%Qp5 XJ hJ+>Xm@@! （2）利用原子吸引力的變化而產(chǎn)生表面輪廓為非接觸式原子力顯微鏡（non-contact AFM ），探針與試片的距離約數(shù)十個? 到數(shù)百個?。
;la(Q~# O .m; a_ 二、原子力顯微鏡的硬件架構(gòu)：
|4ONGU*`E gKn"e|A 在原子力顯微鏡（Atomic Force Microscopy，AFM）的系統(tǒng)中，可分成三個部分：力檢測部分、位置檢測部分、反饋系統(tǒng)。
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2c_#q1/Z/ 圖2、原子力顯微鏡(AFM)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
2.1 力檢測部分：
zD7\Gv s?7g3H5#0k 在原子力顯微鏡（AFM）的系統(tǒng)中，所要檢測的力是原子與原子之的范德華力。所以在本系統(tǒng)中是使用微小懸臂（cantilever）來檢測原子之間力的變化量。這微小懸臂有一定的規(guī)格，例如：長度、寬度、彈性系數(shù)以及針尖的形狀，而這些規(guī)格的選擇是依照樣品的特性，以及操作模式的不同，而選擇不同類型的探針。
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c :TX!lbCq 2.2 位置檢測部分：
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在原子力顯微鏡（AFM）的系統(tǒng)中，當針尖與樣品之間有了交互作用之后，會使得懸臂cantilever擺動，所以當
激光照射在cantilever的末端時，其反射光的位置也會因為cantilever擺動而有所改變，這就造成偏移量的產(chǎn)生。在整個系統(tǒng)中是依靠激光光斑位置檢測器將偏移量記錄下并轉(zhuǎn)換成電的信號，以供SPM控制器作信號處理。
8b[ ^6]rM d7N}-nsB 2.3 反饋系統(tǒng)：
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