AFM (原子間力顕微鏡) 原理

原子間力顕微鏡 (Atomic Force Microscopy 以下、AFM)とは、
走査型プローブ顕微鏡 (Scanning Probe Microscope 以下、SPM) の一種であり、試料表面を微細なプローブで走査し、ナノスケールの表面構造を三次元的に測定する装置です。
AFMの分解能は非常に高く、プローブの深針のサイズにもよりますが、原子などのサブナノレベルまで測定することができます。
下図では、各顕微鏡及び肉眼の分解能を表しています。

AFMは、プローブ (カンチレバーの先端に探針が取り付けられたもの) を試料表面に近づけた際に生じる、探針先端と試料間の原子間力によってカンチレバーがたわみます。
そのたわみ量を元に試料の凹凸を測定します。
カンチレバー背面に照射したレーザーの反射光を、フォトダイオードで読み取り、レーザーの反射角度からカンチレバーのたわみ量を検出します。

コンタクトモードでは、検出したたわみ量を一定にするように、カンチレバーもしくは試料を上下させながら、試料表面をなぞるように測定します。
比較的硬い試料の測定に適しており、またシンプルな構造のため扱いやすいです。
ダイナミックモード (タッピングモード) では、圧電素子によってカンチレバーを周期的に振動させます。振動幅を一定にするように、高さを制御させながら、試料表面をタッピングするように計測します。
深針が試料にほとんど (または全く) 触れないため、凹凸の大きい試料や柔らかい試料、動きやすい試料などに適しています。分解能はコンタクトモードの方が高いとされていますが、試料のサンプルサイズが数μm以上もあれば大きな違いはありません。

弊社では、既に生産終了されたオリンパス社のOMCLシリーズと同等の汎用性のあるシリコン製のダイナミックモード (タッピングモード) 用AFMプローブ/カンチレバーを主に販売をしております。