奈米的量測工具
觀察奈米的方法,主要是使用高解析的穿透式或掃瞄式電子顯微鏡,電子顯微鏡與一般顯微鏡最大的不同點就是,一般顯微鏡是以光穿透、反射來觀察影像,電子顯微鏡則是以電子的穿透、反射來觀察影像。
奈米級電子顯微鏡有以下幾種: 穿透式電子顯微鏡(transmission electron microscope;TEM): 它是以電子穿透方式直接觀察影像,可提升顯微鏡的解析度,並可觀察到奈米材料的缺陷以及晶體結構。試片必須被電子穿透才能觀察到影像,所以試片要細薄,因此不容易製作,失敗率高。
掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscope;SEM): 它是以電子反射的方式來觀察奈米尺寸的影像,因此試片不需要細薄就可以看到影像,試片製作容易,操作簡單。所以掃描式電子顯微鏡的使用率高於穿透式電子顯微鏡。掃描式電子顯微鏡可以看到材料的表面奈米形貌,分析粒子大小、粒徑分布、形貌、分散狀態等功能。
掃描式探針顯微鏡(Scanning probe Micrscopy;SPM): 又稱為第三代顯微鏡,可以利用探針探觸材料表面的一顆顆的原子,是奈米量測上一大進步。掃描式探針顯微鏡又分為: ● 掃描式穿隧顯微鏡(scanning tunneling microscope;STM) ● 原子力顯微鏡(atomic force microscope; AFM) ● 掃描式近場光學顯微鏡(near-field optical microscope;SNOM) |
掃描式探針顯微鏡
掃描式探針顯微鏡被稱為第三代顯微鏡,它可以分為:
掃描式穿隧顯微鏡:
根據量子科學的理論,利用穿隧電流對距離變化的敏感,將一支極細緻的金屬探針(一般選擇鎢針),在接近導電材料時,由於材料表面高低不平,針與樣品間的距離產生變化,此時穿隧電流也會跟著改變,藉由量測穿遂電流改變大小,就可以測得材料表面的形貌。
原子力顯微鏡:
利用懸臂間接感受並放大原子間的作用力,來達到觀察奈米尺寸的目的。檢測方式分為敲觸式、接觸式與非接觸式三種。原子力顯微鏡可分析薄膜表面的形態、生物細胞、微生物、病毒、DNA結構與量子點的大小等。
掃描式近場光學顯微鏡:
近場光學顯微鏡是用來分析近場的光。利用近場光學可以克服繞射造成影像不清楚之限制,將解析度提高到數十奈米,可直接觀察奈米材料表面,分析奈米元件的顯微結構及缺陷。目前應用主要集中在半導體元件分析。