原子力顯微鏡是一種利用微力探針對樣品表面進(jìn)行成像和測量的高分辨率顯微鏡技術(shù)。其探針作為核心部件，根據(jù)應(yīng)用需求和技術(shù)特點(diǎn)有多種分類。以下是對AFM原子力顯微鏡探針的詳細(xì)介紹：

一、主要分類

接觸模式探針

特點(diǎn)：探針J端和樣品做柔軟性的“實(shí)際接觸”，當(dāng)針尖輕輕掃過樣品表面時(shí)，接觸的力量引起懸臂彎曲，進(jìn)而得到樣品的表面圖形。

應(yīng)用：表面形貌觀察。

注意事項(xiàng)：由于探針與樣品直接接觸，因此要求探針較軟，即懸臂的彈性系數(shù)小，一般小于1N/m。同時(shí)，接觸面積極小，相對形成過大的作用力可能損害樣品，尤其是軟性材質(zhì)，所以設(shè)定適當(dāng)?shù)淖饔昧Ψ浅Ｖ匾?/span>

非接觸/輕敲模式探針

特點(diǎn)：在非接觸模式中，針尖在樣品表面的上方振動，始終不與樣品接觸，探測器檢測的是范德華作用力和靜電力等對成像樣品沒有破壞的長程作用力。輕敲模式中，針尖以一定的頻率和振幅在樣品表面振動，探測器檢測的是針尖受迫振動時(shí)的共振頻率和振幅變化。

應(yīng)用：表面形貌觀察，對軟樣品特別有利于提高分辨率。

優(yōu)勢：對樣品作用力小，探針的壽命較接觸模式稍長。

導(dǎo)電探針

制備：通過對普通探針鍍10~50納米厚的Pt（以及別的提高鍍層結(jié)合力的金屬，如Cr、Ti、Ir等）得到。

應(yīng)用：EFM（靜電力顯微鏡）、KFM（開爾文力顯微鏡）、SCM（掃描電容顯微鏡）等。

新產(chǎn)品：碳納米管針尖、金剛石鍍層針尖、全金剛石針尖、全金屬絲針尖等，這些新技術(shù)克服了普通導(dǎo)電針尖的短壽命和分辨率不高的缺點(diǎn)。

磁性探針

制備：通過在普通輕敲和接觸模式的探針上鍍Co、Fe等鐵磁性層制備。

應(yīng)用：MFM（磁力顯微鏡）。

注意事項(xiàng)：分辨率比普通探針差，使用時(shí)導(dǎo)電鍍層容易脫落。

大長徑比探針

特點(diǎn)：專為測量深的溝槽以及近似鉛垂的側(cè)面而設(shè)計(jì)生產(chǎn)。分辨率很高，但使用壽命一般。

技術(shù)參數(shù)：針尖高度大于9μm；長徑比5:1；針尖半徑小于10nm。

金剛石碳探針

制備：一種是在硅探針的針尖部分上加一層類金剛石碳膜，另外一種是全金剛石材料制備（價(jià)格很高）。

特點(diǎn)：具有很大的耐久性，減少了針尖的磨損，從而增加了使用壽命。

此外，還有生物探針（分子功能化）、力調(diào)制探針、壓痕儀探針等，這些探針根據(jù)特定的應(yīng)用需求和技術(shù)特點(diǎn)而設(shè)計(jì)。

二、探針的材質(zhì)與制備

原子力顯微鏡探針基本都是由MEMS技術(shù)加工Si或者Si3N4來制備。探針針尖半徑一般為10到幾十nm。微懸臂通常由一個(gè)一般100500μm長和大約500nm5μm厚的硅片或氮化硅片制成，典型的硅微懸臂大約100μm長、10μm寬、數(shù)微米厚。

三、探針的選擇與使用

在選擇AFM原子力顯微鏡探針時(shí)，需要考慮樣品的性質(zhì)、測試環(huán)境以及所需的分辨率等因素。例如，對于軟性材質(zhì)或容易移動的樣品，應(yīng)選擇輕敲模式探針以減少對樣品的損傷；對于需要測量電磁性能的樣品，則應(yīng)選擇導(dǎo)電探針或磁性探針等。同時(shí)，在使用過程中也需要注意探針的磨損和保養(yǎng)，以延長其使用壽命并保持高分辨率。

綜上所述，原子力顯微鏡探針的分類多種多樣，每種探針都有其獨(dú)特的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。在選擇和使用時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行綜合考慮。