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奈米的量測工具

放大鏡與顯微鏡的使用範圍。

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。