材料表面形貌测试.docx
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材料表面形貌测试
材料表面形貌测试
1.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。
2.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。
3.实验仪器
CSPM5500原子力显微镜1台,待测样品若干。
4.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”。
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=0oZ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,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。
5.原始图像、数据
1.接触模式
8000也血
500013KH
2000am
lOOQnm
...\003.csm
Title
像素=(1Q24JQ04)
J?
寸=(tiZOODm^ZOOniii)
t三=M=E
juimOUS:
上=wJE=f
-l^.OOOOnm
15.0000nm
lO.OOOOnm
f.OOOOnm
-20,0000im
Sum
图一平面图
26.60nm
CSPiSS度分析报告
图保尺寸6200.0DnmX6200.00nmi
AmpiihjdtepgnamieterS-
SafRpughnessAverage)1.34[nm]
Sq(RootMeantSquare)1.79[nm]
S^k(SurfaceSkewness)0.756
Sku(Surfac@KurtDsis)5.75
Sy(Peak-P&a.k)l7.5[nm]
Sz(TenPoinlHeighrt)l7.1[nm]
HybridParameters:
Ssc(M@anSummitCurvature:
M3.0O60&[1/nm]
Sdq(RaatMeanSquareSlope)0.0356(1/nin]
Sdr(SurfaceAreaRatio)O.O634
FunctionalParameters:
Sbi(SuirfaceBearingllndcx)0.22B
Sci(CoreFluidRelenlionlnd^&x}1.511
SvifValleyFluidR皂酒前5lnd&»)0.105
Sp4<(ReducedSummitHeight)2f69[nm]
Sk(CoreRoughnessDepth)3s97l[nmj
SvkfReducedValleyDeptti)1.67[nm]
Sdc0-5(0-5%heightintervalsofBearingCurve)7.S4[unn]
Sdc5-10(5-10%heightinteirvalsofBearingCun/e:
X).75[nm]
Sdc10-50(10-50%heightintervalsofBearingCurve)2.13[non]
Sdc50-95(SO-&5%heightmlervalsofBeanngCum)2.66(nm]
SpaUalParameters:
Sds(D«nsityofSummils)472[1/um2]
FractalDlirerelwNGG
图三面粗糙度分析
2.
轻敲模式
800(9。
皿
250..0000nm
7000nm-
200.0000nm
ISO.OOOOnm
6伽。
nm
lOO.OOOOnm
SOOOmrr
SO.OOOOnm
4000um-
Onm
Title
JOOOnm-
像素=(1024,1024)
尺寸=(SOOODiD.BOOOnmj
ZOOGnm-
lOOQiam-
=
£
287伽05mu
...\002.csm
图一平面图
S■蕾忘知gmn
Pi^A.titiKPirt111e
*rt|il|2«lOmi«lt|il
侵~fmooohtosqie)
图三剖面线分析图
6.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。
7.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。
ALaser
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)。
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、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。
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- 材料 表面 形貌 测试
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