2024.1.15—AFM粗糙度测试实验

AFM粗糙度测试实验

       AFM: 原子力显微镜（Atomic Force Microscope ，AFM），一种可用来研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构面的分析仪器。它通过检测待测样品表面和一个微型力敏感元件之间的极微弱的原子间相互作用力来研究物质的表结构及性质。

       如下是使用AFM测横纹较深样品的表面粗糙度实验数据及结论：

       🔶实验目的：比较横纹较深样品0°和90°扫描的区别，及怎样测试结果更准确？

       🔶 实验数据：

       🔶  实验过程解析：从上组数据中可知，横纹较深样品0°扫描和90°扫描，粗糙度2阶下Ra结果相差10倍左右。那么问题来了：

       1、何为Flatten，为何要做Flatten，怎么做Flatten?

       Flatten是采用 X 方向逐条处理扫描线的方式对图像进行纠正。对于高度图来说，由于扫描管 Z 电压的漂移，样品本身的倾斜，以及扫描管 Bow 等原因，我们扫描获得的原始高度数据实际上偏离了样品的实际形貌。所以我们必须对这种情况进行纠正。

       Flatten Order有如下几种常用的：

       🔺0th: 去除 Z 方向的漂移，将 Z 中心调整到 0 点附近。

       🔺1st: 纠正样品和探针之间的倾斜。

       🔺2nd: 纠正扫描管造成的大范围扫描的曲面。

       🔺3rd: 更复杂的曲面纠正，可能会造成图像假象，请不要轻易使用。

       高阶的 Flatten 包含了低阶的 Flatten，例如 2 阶处理时就包含了 1 阶和 0 阶 Flatten。

       2、为什么做Flatten常规做2阶？

       🔺0阶Flatten：不执行拟合，保留原始数据的形状，没有平滑处理，可能包含整体趋势。

       🔺1阶flatten：这只去除线性趋势，可能无法完全消除一些更复杂的表面整体变化。如果表面的趋势是二次的，1阶flatten可能无法很好地去除。

       🔺2阶flatten：这对应于拟合二次多项式，通常可以有效地去除表面的整体趋势，包括一些二次的变化。这对许多表面来说是一个合理的选择。

       🔺3阶、4阶、5阶、6阶flatten：分别拟合三次、四次、五次和六次多项式，这可能过于灵活，会在数据中拟合高阶多项式，有可能引入过多的自由度，导致对表面的某些特征过度拟合，从而失去实际的物理意义。选择flatten阶数通常是基于对样品表面形貌的理解和对实验目标的需求。在实际应用中，可能需要尝试不同的阶数，然后根据得到的结果选择最适合的平滑程度，以获得准确的粗糙度分析。

       3、有较深横纹的样品用AFM测粗糙度时，需要垂直于横纹扫描的原因主要是什么？

       保证测量的准确性：横纹的深度可能会影响样品的表面形貌，如果沿着横纹方向扫描，可能会夸大或缩小实际的表面粗糙度。而垂直于横纹扫描可以避免这种影响，更准确地测量表面粗糙度。避免横纹对测量的干扰：横纹可能会在扫描过程中产生振动或变形，从而影响测量的准确性。垂直于横纹扫描可以减少这种干扰，提高测量的稳定性。因此，为了获得更准确、可靠的测量结果，通常建议在用AFM测量有较深横纹的样品时，垂直于横纹进行扫描。

       🔶  实验结论：有较深横纹的样品需要垂直于横纹扫描才能获得较准确的粗糙度。