多功能原子力显微镜系统论文.doc

多功能原子力显微镜系统
一、功能简介
原子力显微镜系统的基本功能是测试薄膜样品的表面形貌。从中可以获得晶粒的尺寸和分布以及表面粗糙度等信息。其他功能都是建立在表面形貌测试的基础上的。如静电力显微镜、磁力显微镜、压电模式原子力显微镜都是在原子力探针扫描时同时获得表面形貌和静电力、磁力、或压电等信号。这些信号的获得有助于材料研究人员建立表面形貌和各种电、磁信号之间的关系,从微观的角度分析材料的性能。
二、对测试样品的要求
原子力显微镜系统的探针在样品表面扫描时,是通过一套光电探测系统和锁相向放大电路来工作的。探针在X、Y、Z三个方向的运动是通过样品下面的压电陶瓷管来实现的。由于压电陶瓷管在Z方向的运动范围有限,这要求被测样品的表面粗糙度越小越好,这样才能获得样品更细微的表面形貌特征。这一点对压电模式原子力显微镜系统尤为重要。
三、工作原理示意图


(a)、(b)、(c) 分别为(100)、(117)、(001)-取向的BNdT铁电薄膜的表面形貌图
(d)、(e)、(f) 为对应的利用压电模式原子力显微镜系统测得的压电响应图。
(a) (100)-取向BPrT铁电薄膜;(b) (117)-取向BPrT铁电薄膜
(c) (001)-取向BPrT铁电薄膜;(d) (001)-取向BT铁电薄膜
四、代表性测试结果
利用压电模式原子力显微镜系统测得的镧系元素掺杂的BiFeO3薄膜的三维表面形貌(左)和压电响应图(右)
五、利用原子力显微镜系统发表的代表性论文
Effects of Gd substitution on structure and ferroelectric properties of BiFeO3 thin films prepared using anic position  Appl. Phys. Lett. 91, 232909 (2007)
() thin films on different substrates for ferroelectric memory applications 
Appl. Phys. Lett. 91, 192910 (2007)
Anisotropy of ferroelectric and piezoelectric properties of