原子力显微镜的分辨率高低主要受以下因素影响:
一、侧向分辨率影响因素
采集图像的步宽:AFM原子力显微镜图像由许多点组成,扫描器沿着特定路线进行扫描,计算机以一定的步宽取数据点。步宽越小,单位面积内采集的数据点越多,从而能提供更高的侧向分辨率。例如,在扫描1μm×1μm尺寸图像时,若取512×512数据点,则步宽为2nm(1μm/512),使用高质量针尖可以提供1~2nm的分辨率。因此,在扫描样品尺寸较大时,侧向分辨率主要由采集图像的步宽决定。
针尖形状:原子力显微镜成像实际上是针尖形状与表面形貌作用的结果,针尖的形状对侧向分辨率具有重要影响。针尖的曲率半径越小,越能分辨精细结构。同时,探针的侧面角也会影响Z高表面比率特征的探测能力。
二、垂直分辨率影响因素
垂直分辨率主要受到微悬臂的弹性系数、悬臂的长度和激光光线的长度之比以及探测器PSD(Position Sensitive Detector,位置敏感探测器)对光斑位置的灵敏度等因素的影响。这些因素共同决定了原子力显微镜在垂直方向上对样品表面形貌变化的敏感度和分辨率。
三、其他因素
除了上述直接影响分辨率的因素外,还有一些其他因素也会对原子力显微镜的分辨率产生一定影响:
扫描器噪音:扫描器在垂直方向上的噪音水平会影响垂直分辨率。噪音水平越低,垂直分辨率越高。
样品特性:样品的硬度、粗糙度等特性也会影响测量结果。例如,对于超硬材料,需要选择具有足够硬度和耐磨性的探针,以避免在扫描过程中损坏探针或样品。
环境条件:环境因素如温度、湿度、振动等也会对原子力显微镜的分辨率产生影响。为了获得稳定的测量结果,需要尽量在恒定的环境条件下进行测量。
综上所述,AFM原子力显微镜的分辨率高低受到多种因素的影响。为了提高分辨率,需要综合考虑这些因素并采取相应的优化措施。例如,通过减小步宽、使用曲率半径更小的针尖、降低扫描器噪音以及优化环境条件等方法来提高分辨率。