原子力显微镜在检验检疫工作中的相关应用

纳米科技是 20 世纪末发展起来的一门新兴、交叉学科，而在纳米科技中，纳米检测手段和工具是必不可少的。1986 年，原子力显微镜（Atomic ForceMicroscope，简称 AFM） 一俟诞生，便迅速成为了纳米检测的最为重要的工具之一。

本文将重点讨论原子力显微镜在检验检疫工作中的相关应用。由于原子力显微镜的成像原理和光学显微镜、电子显微镜原理完全不同，使其在特定领域有其独特优势，主要优点如下：

（1）成像分辨率较高，横向分辨率可达到 1nm，纵向分辨率达 0.1nm；

（2）可以在液体环境下，对细胞、组织、微生物等等进行活体成像；

（3）样品制备比较简单；

（4）价格相对便宜。

原子力显微镜的应用AFM 独特的成像方式和具有纳米水平的分辨率，使其具备了其他分析仪器不具备的功能，在众多科学领域中得到迅速的发展和应用，尤其在材料科学领域和生命科学领域。例如金属、半导体材料、微电子、纳米材料、计算机材料、物理、化学和生命科学等。利用激光在存储介质上进行读和写的操作，成为信息时代重要技术手段。原子力显微镜在检验存储介质以及读写操作方面都发挥着极其重要的作用。

1968年，Ovshinsky 首次报道了硫系薄膜材料 (Chalco－genide) 具有可逆的无序－有序记忆现象，使 Te 基合金用于光存储材料成为可能。1971 年，Feinleib利用聚焦激光束实现了薄膜在微米尺度的区域内的晶态相与非晶态相之间的可逆转换，使得以激光光致相变为基础的可擦写光存储技术逐渐成为人们研究的热点。此后，许多科技工作者和材料学家都致力于这方面的研究，涌现了一大批具有可逆光存储性能的相变新材料。这些材料主要分为 Te 基、Se 基和 InSb 基合金 3大类，其中 Te 基合金成为一类最有发展前途的可逆相变光存储材料。目前研究最多的是 Ge-Sb-Te 三元合金和 In-Ag-Sb-Te 四元合金。

Tao Zhang 等选择了 Ge2Sb2Te5 材料作为读写膜，对原子力显微镜进一步改造，把 VCSEL 激光器接到原子力显微镜针尖上，使其成为了“读”和“写”的有力工具，并取得了初步的研究成果。图 2 为 Ge2Sb2Te5薄膜在 100℃和 300℃下的原子力显微镜图片。通过观察薄膜的粗糙度、颗粒度等信息，可以指导我们得到最佳的存储薄膜制备条件。图 3 为在 Ge2Sb2Te5 薄膜光写入以后，再利用原子力显微镜对其进行成像以后的读写结果。可见，有了原子力显微镜的帮助，会得到理想的检验结果。

ZnO 是Ⅱ-Ⅵ族半导体，具有六角形纤锌矿结构，是一种很有前途的紫外光电器件材料。ZnO 的能隙约为 3.36eV，激光束缚能量约为 60meV。ZnO 薄膜具有优良的光学、电学、压光、压电性能，以及化学稳定性和高熔点，被广泛应用于各种光散射仪器、光探测仪器、场致发光仪器、非线性光学仪器、太阳能电池等等。

自从 1997 年 Tang 等报道了 ZnO 薄膜的紫外受激发射现象以后，ZnO 再次成为当今半导体材料研究领域的热点。人们把各种现有的成膜技术应用于 ZnO的制备，如分子束外延、化学气象沉积、脉冲激光沉积、溶胶-凝胶和磁控溅射等等。目前，对 ZnO 的研究取得了许多有价值的研究成果，如 R.Al.Asmar 等 人用脉冲激光沉积制备 ZnO 薄膜，并分析不同基底温度对 c 轴取向结晶度的影响；Liu Zhiwen 等人用磁控溅射制备 ZnO 薄膜，并分析 ZnO 薄膜的生长动力学。原子力显微镜以其强大的功能和极高的分辨率成为光电材料的有力研究工具。张涛等报道了利用原子力显微镜对不同氧分压下制备的 ZnO 薄膜成像结果。图 4 中自上而下氧分压逐渐增大，右边的图像为左边的 3D 效果图。从图 4 可以看出，ZnO 薄膜结晶度良好，颗粒分布均匀，成膜质量比较高，具有良好的 c 轴取向。ZnO 薄膜颗粒度随 O2 分压的增加而减小。因为 O2 分压的增加，氧空位和锌间隙逐渐减少，导致 ZnO 颗粒减小。ZnO 薄膜的 RMS 粗糙度同样随着 O2 分压的增加而减小。