材料表面形貌测试

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1、材料表面形貌测试一. 实验目的1. 了解原子力显微镜的基本测量原理。2. 学会正确使用AFM观测样品表面微观结构。3. 学会应用AFM图像处理软件进行数据分析。二. 实验内容1. 用AFM观测样品的表面形貌。2. 应用图像处理软件计算出样品的表面粗糙度，并进行尺寸分析等。三. 实验仪器CSPM5500原子力显微镜1台，待测样品若干。四. 实验步骤（一）接触模式1. 将单晶硅片放到仪器上准备进行实验。2. 针架放上去。3. 打开软件，进行扫描器设置，设置为“接触模式”，选S2151。4. 将激光器打开。5. 调整反射光。6. 调激光光路。1）将激光调节到针尖的背面。（将放大镜放在白纸上方，便于观

2、察判断。）剪一小白纸放置在激光接收器的下方。调节水平方向旋钮（保持垂直方向旋钮 不动），观察反射到白纸上的光斑，可判断激光落在悬臂的位置。2）若激光完全落在悬臂上，则此过程中可看出，出现了较圆的激光反射光斑。此 时可将水平旋钮调节到C位置，逆时针旋转Y方向的螺杆，直到出现如F、G 或H的衍射条纹，再顺时针微调Y方向的螺杆，使衍射条纹的“尾巴”刚好消 失，此时激光即落在悬臂边缘的针尖的背面。3）观察“激光光斑”窗口（如下图），调节光斑位置探测器的X，Y方向的螺杆， 使光斑处于“十字架”中央的小圆圈中央。7. 调探测器，Up-Down=0, Left-Right=0。Z 电压读书为 “+180v”

3、。8. 盖上保护盖，放下仪器。9. 自动进针。10. 分别调节“信号放大”和“曲面校正”。11. 扫描完后，退针2次。12. 单击“另存为”，将所选的图像使用用户指定的文件名，保存到指定的目录下。13. 分析平均粗糙度。（二）轻敲模式1. 将单晶硅片放到仪器上准备进行实验。2. 针架放上去。3. 打开软件，进行扫描器设置，设置为“轻敲模式”，选S1102。4. 将激光器打开。5. 调整反射光。6. 调激光光路。（具体步骤同接触模式）7. 调探测器，Up-Down=0，Left-Right=0。Z 电压读书为 “+180v”。8. 盖上保护盖，放下仪器。9. 频率设置窗口，找共振频率，调信范围，

4、频率小点，参考点共振振幅1.465*0.60=0.87。10. 自动进针。11. 分别调节“信号放大”和“曲面校正”。12. 扫描完后，退针2次。13. 单击“另存为”，将所选的图像使用用户指定的文件名，保存到指定的目录下。14. 分析光栅高度和每条光栅（500nm左右）宽度。五. 原始图像、数据1.接触模式-20,0000ttmSOCinnm-15uOOOOjhh400 Uni mr500 OomTitlelOOOniuLOOOnuift =1024,1024)尺寸=(620ilnin.62(l|0nin)-25.00Cl0niiilO.MMNknmOnm,003,C5fflJ-ssc m

5、nntsm-=1胃三xs图面平一图r 26.60nm2.度分析报告图歌尺寸；6200.00n X 6200 OOnmAmplitude, parameters:Sa(Roug h nesB Average) 1.34 |nmSq(RMtMean Square)1.79 nmSsk(Surfc& Sk&wfisss 0.756SkuiSurfate Kurt-dSj)5.75SyfPafcPe-akJlZ.S nmSz(Ten P&int Helght)17.1 nmHybrid F 日 rBmeters:Ssc(MrEan Summit Curvature)-CI.0D6061 /mmSdq(

6、 Root Mean Square StopeW .09 561/nmSdr(SurfaceArea Ratio)0.0614Funcfenal Paramelers:Sbi(SurfaGe Bearm-g Incite )0 226Sci(Coe Fluid Retention lndex)1.51Svi(Vally Fluid Retenliqn IndesJQ.IOSSpk(Reduced Summrt HBighl)2.69 nmSk(Cor& Roughness DepUn)3.97 nmSvk(Reduced Valley Dep1hJ1.fi? nm|Sdc 0-5(0-5% b

7、eaght intervals of Glaring Curve)7.B4 nmSdc 5-10(5-10% height intervaIs of Bearing CurveJOJS rm】Sdc i A&O(1550豹 height |mtervai& of Bearing Curve)2d3 nmjSdc 50-955/95% height intervals of Bearing Curve)2.&6 nmSpatial ParameterE：SdsfDensity of Sum(nit&472 1 如 m2F racial D，rTi白微ChiZ.朋图三面粗糙度分析287tf05nm

8、JSd.OOOOnin.150.0000DiiQQd.OClOQiiiuSO.OOQOnm1- ZOO.OOOOnmOnmTitle= IM 4.102+)时-1 = (SOO 0nmh9000uni)图一平面图1461 saff 121 m 褊岫 rnijflKrBmj图三剖面线分析图六. 实验结论1. 接触模式面平均粗糙度为1.34nm.2. 轻敲模式光栅高度为101.86nm，每条光栅宽度为533.20nm。七. 思考题1. 在安装AFM针尖时应当注意哪些事项？答：1）顺时针旋转激光器位置垂直调节旋钮，知道激光落到探针架或探针基片上。此时 探头正面观察，可以看到一个很亮的激光光点。由于激

9、光完全被遮挡，提起探头观察， 探头下方没有透射的激光光斑。2）调节水平旋钮，使激光光点落在探针基片的中间位置。调节垂直旋钮，使得激光往悬臂方向移动。由于探针基片的边缘是一个梯形，有一定 的倾斜度，所以，激光落在探针基片的边缘时，反光的激光光点会落在探头的前方， 此时，稍微调整垂直旋钮，即可将激光调节到悬臂的区域附近。若激光落在探针基片或探针悬壁上，激光将反射到A（即探头正面人眼的位置）。此 时，在探头正面可观察到激光光点。若激光落在探针基片与悬臂之间的梯形面上，激光将反射到B （即探头前下方）。此时，在探针的前方可观察到激光光点。不同位置对激光的反射，可在不同的位置观察到激光反射点。2. 如何正确快速地调节AFM的检测光路?1）将激光调节到针尖的背面。（将放大镜放在白纸上方，便于观察判断。）剪一小白纸放置在激光接收器的下方。调节水平方向旋钮（保持垂直方向旋钮 不动），观察反射到白纸上的光斑，可判断激光落在悬臂的位置。2）若激光完全落在悬臂上，则此过程中可看出，出现了较圆的激光反射光斑。此 时可将水平旋钮调节到C位置，逆时针旋转Y方向的螺杆，直到出现如F、G 或H的衍射条纹，再顺时针微调Y方向的螺杆，使衍射条纹的“尾巴”刚好消 失，此时激光即落在悬臂边缘的针尖的背面。3）观察“激光光斑”窗口（如下图），调节光斑位置探测器的X，Y方向的螺杆， 使光斑处于“十字架”中央的小圆圈中央。