原子力顯微鏡的分辨率高低主要受以下因素影響:
一、側(cè)向分辨率影響因素
采集圖像的步寬:AFM原子力顯微鏡圖像由許多點(diǎn)組成,掃描器沿著特定路線進(jìn)行掃描,計算機(jī)以一定的步寬取數(shù)據(jù)點(diǎn)。步寬越小,單位面積內(nèi)采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)越多,從而能提供更高的側(cè)向分辨率。例如,在掃描1μm×1μm尺寸圖像時,若取512×512數(shù)據(jù)點(diǎn),則步寬為2nm(1μm/512),使用高質(zhì)量針尖可以提供1~2nm的分辨率。因此,在掃描樣品尺寸較大時,側(cè)向分辨率主要由采集圖像的步寬決定。
針尖形狀:原子力顯微鏡成像實際上是針尖形狀與表面形貌作用的結(jié)果,針尖的形狀對側(cè)向分辨率具有重要影響。針尖的曲率半徑越小,越能分辨精細(xì)結(jié)構(gòu)。同時,探針的側(cè)面角也會影響Z高表面比率特征的探測能力。
二、垂直分辨率影響因素
垂直分辨率主要受到微懸臂的彈性系數(shù)、懸臂的長度和激光光線的長度之比以及探測器PSD(Position Sensitive Detector,位置敏感探測器)對光斑位置的靈敏度等因素的影響。這些因素共同決定了原子力顯微鏡在垂直方向上對樣品表面形貌變化的敏感度和分辨率。
三、其他因素
除了上述直接影響分辨率的因素外,還有一些其他因素也會對原子力顯微鏡的分辨率產(chǎn)生一定影響:
掃描器噪音:掃描器在垂直方向上的噪音水平會影響垂直分辨率。噪音水平越低,垂直分辨率越高。
樣品特性:樣品的硬度、粗糙度等特性也會影響測量結(jié)果。例如,對于超硬材料,需要選擇具有足夠硬度和耐磨性的探針,以避免在掃描過程中損壞探針或樣品。
環(huán)境條件:環(huán)境因素如溫度、濕度、振動等也會對原子力顯微鏡的分辨率產(chǎn)生影響。為了獲得穩(wěn)定的測量結(jié)果,需要盡量在恒定的環(huán)境條件下進(jìn)行測量。
綜上所述,AFM原子力顯微鏡的分辨率高低受到多種因素的影響。為了提高分辨率,需要綜合考慮這些因素并采取相應(yīng)的優(yōu)化措施。例如,通過減小步寬、使用曲率半徑更小的針尖、降低掃描器噪音以及優(yōu)化環(huán)境條件等方法來提高分辨率。