AFM测试图像假象及其应对

在做原子力显微镜AFM测试时，科学指南针检测平台工作人员在与很多同学沟通中了解到，好多同学对AFM测试不太了解，针对此，科学指南针检测平台团队组织相关同事对网上海量知识进行整理，希望可以帮助到科研圈的伙伴们；

AFM测试图像假象及其应对

（1）针尖因素

AFM是依靠尖端曲率半径很小的微悬臂针尖接触在表面上进行成像，所得到的图像是针尖与样品真实形貌卷积后的结果。如图1所示，实线代表样品的真实形貌，虚线就是针尖扫描所得到的表观图像。二者之间的差别在于针尖与样品真实接触点和表观接触点随针尖移动的函数变化关系。针尖效应不仅会将小的结构放大，而且还会造成成像的不真实，特别是在比较陡峭的突起和沟槽处。一般来说，如果针尖尖端的曲率半径远远小于表面结构的尺寸，则针尖效应可以忽略，针尖走过的轨迹基本上可以反映表面结构的起伏变化，另外针尖的几何形状也会对成像效果产生影响，如果针尖具有特定形状且其尺寸比样品还要大太多，扫描结果会反应针尖形状。针尖的放大效应的解决办法有：使用更低直径的针尖，几何方法去卷积（去卷积几何模型计算处理）等。

图1 针尖的放大效应示意图

当针尖污染时，如图2类似于多针尖情形，往往出现重复的形状相似的现象，反映为污染物的形状，扫描过程会把脏东西当成针尖针尖污染可能导致类似双重（多重）针尖现象的产生。针尖形状因素导致假象的解决办法有：使用直径比样品颗粒尺寸小的针尖，及时清洗或者更换探针避免针尖磨损，污染。

图2钝的或污染的针尖产生假象

（2）样品因素

1）样品污染物随针尖移动

当样品上的污染物与基底吸附不牢固，污物可能被正在扫描的针尖带邹并随针尖运动，致使大面积图像模糊不清。

2）毛细作用力

大气环境下，样品表面污染层或水膜的存在会对针尖产生很大的毛细作用力或黏附性作用力，当针尖拉离表面时，这种作用力会吸附针尖使其继续与表面接触，使微悬臂弯曲行为无法反应样品表面的真实距离，影响微悬臂的机械回应，造成图像失真甚至反相。解决办法：样品要充分干燥，避免污染。

（3）扫描参数因素

扫描速度过快，扫描电压太小，等造成图像拖尾的假象。

（4）其他因素

测试环境周围的噪声会导致图像出现跳线。解决办法：使用各种防护罩，可以显著降低噪音水平用来保护AFM，最有效的防声噪声措施是将测量头置于真空室中。

（5）热漂移假象

压电陶瓷管的发热，压电驱动器的滞后效应以及仪器零件线性膨胀系数的差异等会造成热漂移。解决办法：温度平衡后扫描可排除此种假象，或者多扫几遍会遍边消化。

（6）扫描器非线性

压电陶瓷材料在等差等距电压下的非等间隔伸缩，升降压阶段位移不重合以及Z方向位移和角度变化导致的弧形运动轨迹，会引起图像假象。解决办法：定期对图像进行矫正。

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