afm在表面粗度上的量测与优势

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1、AFM在表面粗度上的量測與優勢一、表面粗度(Surfaceroughness)的定義二、量測表面粗度的儀器及其原理簡介、AFM的工作原理四、AFM所具備的優勢五、結論參考文獻一、表面粗度(Surfaceroughness)的定義(1)表面粗度是指表面的起伏程度。例如拋光痕跡(polishingmarks)、加工痕跡(machiningmarks)、在記憶光碟片上的磁性材料顆粒、在siliconwafers上起伏的東西以及經過滾壓後所留下的滾輪痕跡……等等。在此先定義粗度參數：Rq：指Root-mean-s

2、quare(rms)粗度=[(1/N)SZi]1'2N:量測點序號，Zi:N點所對應的高度P-V:指波峰與波谷間的距離RP：指波峰與平均線間的距離/3考'相關長度一是一般表面粗度量測圖與說明的參數。表面高度的變化是指meansurfacelevel((1/N)ZZ,=0)以上。在量測出的圖上具有相似表面形貌之間的距離稱為surfacespatialwavelength或者稱為相關長度(correlationlength)。量測表面粗度與f有很大的關係，而f決定於量測儀器的靈敏度。若將縱軸與橫軸取相同的刻度

3、，那麼將呈現出一直線，此時我們將無法看出表面的起伏。rmsROUGHNESS=5、o<》ix30-Ez2Ni-1i4.7SURFACESPATIALWAVELENGTHAVW•.1▼CORRELATIONDISTANCES:;也—…义丁吣门齡議US『纖N,M,•顯L■二MEASUREDINTHISDIRECTION102030SCANLENGTHk/m>40SURFACELEVEL50以下將針對三種形成表面粗度的因素做簡要的說明z(1)刮痕(scratches)與挖痕(digs)刮痕最常出現在表面上。我們

4、可以很輕易的在光滑平坦的表面上看見刮痕，當然也可透過光學顯微鏡或電子顯微鏡輕易地觀察到。當表面與其他大於此表面硬度的物體摩擦時，就會在表面上留下刮痕，只是深淺的程度不同而已。(2)拋光痕跡(polishingmarks)與微小凹凸不平(microirregularities)雖然在表面上常見刮痕和灰塵粒子，但microin-egularilies卻是遍佈整個表面。當我們利用化學飽刻(chemicaletching)或電解拋光(electropolishing)試圖觀察材料的織構(texture)或金相時，

5、就會使試片表面呈現凹凸不平的表面形貌。(3)加工刮痕(machiningmarks)與細長凹槽(gratinggrooves)這類的缺陷乃由鑽石工具、機械震動與材料中第二項或析出物的移動所造成的。、量測表面粗度的儀器及其原理簡介量測表面粗度的儀器以觀察尺度而言可粗略分為兩大部份一微小尺度(microscopicscale)與超微小尺度(ultramicroscopicscale)。前者又可細分為接觸型(contact)及非接觸型(non-contact);後者則有著名的STM(scanningtunnel

6、ingmicroscopy)與AFM(atomicforcemicroscopy)。I、微小尺度(microscopicscale)<1,2>：1•接觸型(contact)一SP(stylusprofiler)在SP中，探針（stylus）與試片表面接觸，以固定的移動速率掃瞄試片表面，來獲得試片的表面高度的變化。最初是用Tencoralpha-step200（SP-200），利用半徑5um、重9mg的tip（最小的tip為半徑O.lum重lmg的diamondtip）來量測表面粗度。但以SP量測出現了兩個

7、問題：第一，量測出的粗度圖中，出現了明顯的低頻雜訊，因此，在正確計算表面粗度參數之前，必須利用數位濾片移除低頻雜訊;其次，當使用半徑O.lum的tip時，尖銳的探針會將表面刮傷，且會導致量測出的粗度值失真。圖二、I三分別為SP•a200及SP-P2量測所得的表面粗度圖。il.lnnP2fl"IcnmL2v8uL=4CO

8、tnT-Q.2

9、UnIOCwlcronh■14X>nnf-V1.0pmrMnicron】R^fl4.3JaioK,"I6.2atilP-V-39.4unP*■0rS9yni>11(1wlc

10、rui

11、R^^^.^OnnI2,6araP-V-2?4«np«0«^LmL-WOnm孓-0.4叫2.非接觸型(non-contact)—NOP(non-contactopticalprofiler)顧名思義即是利用光束量測表面粗度的一種方法。側向解析度是由光的波長、顯微透鏡解析度和儀器的其他光學元件所決定的。圖四即是以NOP量測所得到的表面粗度I^2r51nmRp»P-V二10.9™0-II、超微小尺度(ultramicros