面板图中各部分的名称、功能及相互间联接如下（从左到右）：1、低压电源开关。ON开启，OFF关闭。2、PSD信号显示器。可根据此信号强弱估计样品表面的起伏程度。3、Z向反馈信号显示器。显示Z轴压电陶瓷上的反馈电压的大小，4、低压输出单元。Xout、Yout、Zout，低压放大后的扫描信号和反馈控制信号，分别与低压输入单元的Xin、YinZin相连接。5、低压输入单元。Xin、Yin、Zin，将低压放大后的扫描信号和反馈控制信号输入给高压放大电路，连接见上。6、高压放大输出单元。Xout、Yout、Zout将高压放大后的扫描信号和反馈控制信号输出至XY扫描压电陶瓷和乙反馈压电陶瓷。7、反馈开关与调节单元。反馈开关ON开启反馈，OFF关闭反馈。反馈调节旋钮调节反馈灵敏度，顺时针方向为灵敏度增大。8、示波器监视单元。可接示波器观察PSD信号（即样品形貌）和反馈控制信号的变化曲线。（也可不监视）9、前置放大单元。IA和IB，连接PSD的两个输出端，检测PSD输出的光电流。PSD信号调节旋钮。适当调节信号强弱，获得最佳的图像亮度和对比度。（二）样品和探针的安装1、品的安装：用双面胶带纸将样品背面粘贴到样品台上，然后将样品台安装到扫描器上。2、针（微悬臂）的安装及光路调整：按图6-图9所示的步骤安装探针（微悬臂）并调整光路（见9-12页）。(三)操作步骤1、AFM仪器开机：确认电源与控制机箱连接无误后，依次打开计算机电源、机箱低压电源、高压电源、激光器电源。2、样品进给：先用粗调机构进样至离探针约1mm左右，再用细调机构进样，直至进入反馈状态（反馈显示约一200～-300，PSD信号显示约1.666，此时光斑位置须跨在PSD左侧，为防止蠕动，避免光斑跳到PSD右侧，微调旋钮可稍加“倒车”）。进入反馈状态后，控制系统会自动调整和保持样品与探针之间的间距。3、样品扫描：运行扫描程序，根据需要设置扫描参数，进入扫描工作状态。4、图像显示与存贮：扫描过程自动进行。图像以逐行（或逐列）扫描、逐行（或逐列）显示的方式显示。在不改变扫描参数的情况下，扫描在同一区域循环重复进行。也可根据需要改变扫描区域和扫描范围。对于满意的图像，可随时将图像捕获存贮。存贮时，计算机自动保存图像信息和扫描参数信息。5、退出扫描和关机。如已获得理想的图像，不再作另外扫描，可按“退出”键退出扫描程序。然后依次关闭高压电源、激-21-
- 21 - 面板图中各部分的名称、功能及相互间联接如下（从左到右）： 1、低压电源开关。ON 开启，OFF 关闭。 2、PSD 信号显示器。可根据此信号强弱估计样品表面的起伏程度。 3、Z 向反馈信号显示器。显示 Z 轴压电陶瓷上的反馈电压的大小。 4、低压输出单元。Xout、Yout、Zout，低压放大后的扫描信号和反馈控制信号，分别与低压输入单元的 Xin、 Yin、Zin 相连接。 5、低压输入单元。Xin、Yin、Zin，将低压放大后的扫描信号和反馈控制信号输入给高压放大电路，连接见 上。 6、高压放大输出单元。Xout、Yout、Zout，将高压放大后的扫描信号和反馈控制信号输出至 XY 扫描压电陶 瓷和 Z 反馈压电陶瓷。 7、反馈开关与调节单元。反馈开关 ON 开启反馈，OFF 关闭反馈。反馈调节旋钮调节反馈灵敏度，顺时 针方向为灵敏度增大。 8、示波器监视单元。可接示波器观察 PSD 信号(即样品形貌)和反馈控制信号的变化曲线。(也可不监视) 9、前置放大单元。IA和 IB，连接 PSD 的两个输出端，检测 PSD 输出的光电流。PSD 信号调节旋钮。适当 调节信号强弱，获得最佳的图像亮度和对比度。 (二) 样品和探针的安装 1、品的安装： 用双面胶带纸将样品背面粘贴到样品台上，然后将样品台安装到扫描器上。 2、针(微悬臂)的安装及光路调整： 按图 6−图 9 所示的步骤安装探针(微悬臂)并调整光路（见 9−12 页）。 (三)操作步骤 1、AFM 仪器开机： 确认电源与控制机箱连接无误后，依次打开计算机电源、机箱低压电源、高压电源、激光器电源。 2、样品进给： 先用粗调机构进样至离探针约 lmm 左右，再用细调机构进样，直至进入反馈状态（反馈显示约－200～－ 300，PSD 信号显示约 1.666，此时光斑位置须跨在 PSD 左侧，为防止蠕动，避免光斑跳到 PSD 右侧，微 调旋钮可稍加“倒车”）。进入反馈状态后，控制系统会自动调整和保持样品与探针之间的间距。 3、样品扫描： 运行扫描程序，根据需要设置扫描参数，进入扫描工作状态。 4、图像显示与存贮： 扫描过程自动进行。图像以逐行（或逐列）扫描、逐行（或逐列）显示的方式显示。在不改变扫描参 数的情况下，扫描在同一区域循环重复进行。也可根据需要改变扫描区域和扫描范围。对于满意的图像， 可随时将图像捕获存贮。存贮时，计算机自动保存图像信息和扫描参数信息。 5、退出扫描和关机。 如已获得理想的图像，不再作另外扫描，可按“退出”键退出扫描程序。然后依次关闭高压电源、激
光器电源、低压电源。粗糙度的概念及主要评定参数表面粗糙度（原称表面光洁度）是反映零件表面微观几何形状误差的一个重要指标。它主要由加工过程中刀具和零件表面之间的摩擦，切屑分离时的塑性变形和金属撕裂，以及工艺系统中存在的高频振动等原因所形成的。表面粗糙度的评定参数很多，其中轮廓算术平均偏差R、微观不平度十点高度R、轮廓最大高度R，这三个与微观不平度高度特性有关的表面粗糙度参数，由于各自不同的优点，成为被世界各国广泛用作工业标准中的3个轮廊高度评定参数。因此，选用R。、R、R,作为系统纳米粗糙度测量的三个轮廓高度评定参数。轮廓算术平均偏差（Arithmeticalmeandeviationoftheprofile）R。为取样长度内轮廊偏距绝对值的算术平均值（如图5所示）R.=(1)n=l其中y为基于中线的表面轮廓高度，n为所取的轮廊偏距数。J1广中线0图5表面粗糙度R示意图微观不平度十点高度（Tenpoint heightof irregularities）R.是指在取样长度内5个最大的轮廓峰高的平均值和5个最大的轮廓谷深的平均值之和，即R.(2)Ypt轮廓最大高度（Maximumheightoftheprofile）R，为取样长度内轮廓峰顶线与轮廓谷底线之间的距离，即[R,=maxR(0≤i≤k)(3)R,=yp+yv其中ye，J，分别为第i个轮廓峰高和第i个轮廊谷深，k为取样长度内的峰谷个数。由于实际需要，为了更好地表征样品表面的几何形状，经常还需测量面粗糙度。面粗糙度中与微观不平度高度特性有关的三个表面粗糙度评定参数R。、R.、R,公式与线粗糙度的公式类似，所不同的是面粗糙度公式包含X、Y两个方向。由于篇幅有限，这里就不再重复给出。-22 -
- 22 - 光器电源、低压电源。 粗糙度的概念及主要评定参数 表面粗糙度（原称表面光洁度）是反映零件表面微观几何形状误差的一个重要指标。它主要由加工过 程中刀具和零件表面之间的摩擦，切屑分离时的塑性变形和金属撕裂，以及工艺系统中存在的高频振动等 原因所形成的。表面粗糙度的评定参数很多，其中轮廓算术平均偏差 Ra 、微观不平度十点高度 Rz 、轮廓 最大高度 R y 这三个与微观不平度高度特性有关的表面粗糙度参数，由于各自不同的优点，成为被世界各 国广泛用作工业标准中的 3 个轮廓高度评定参数。因此，选用 Ra 、Rz 、R y 作为系统纳米粗糙度测量的三 个轮廓高度评定参数。 轮廓算术平均偏差（Arithmetical mean deviation of the profile）Ra 为取样长度内轮廓偏距绝对值的算术 平均值（如图 5 所示） 1 1 n a i i R y n = = ∑ (1) 其中 i y 为基于中线的表面轮廓高度， n 为所取的轮廓偏距数。 微观不平度十点高度（Ten point height of irregularities） Rz 是指在取样长度内 5 个最大的轮廓峰高的 平均值和 5 个最大的轮廓谷深的平均值之和，即 5 5 1 1 5 z pi vi i i R yy = = ⎛ ⎞ = + ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ∑ ∑ (2) 轮廓最大高度（Maximum height of the profile）R y 为取样长度内轮廓峰顶线与轮廓谷底线之间的距离， 即 max (0 ) i i y i ipv R R ik Ry y ⎧⎪ = ≤ ≤ ⎨ ⎪ = + ⎩ (3) 其中 , i i p v y y 分别为第i 个轮廓峰高和第i 个轮廓谷深， k 为取样长度内的峰谷个数。 由于实际需要，为了更好地表征样品表面的几何形状，经常还需测量面粗糙度。面粗糙度中与微观不 平度高度特性有关的三个表面粗糙度评定参数 Ra 、Rz 、R y 公式与线粗糙度的公式类似，所不同的是面粗 糙度公式包含 X、Y 两个方向。由于篇幅有限，这里就不再重复给出。 图 5 表面粗糙度 Ra 示意图
原子力曲线测量步骤1、在关机状态下，小心将控制机箱上高压放大单元的Xout插线头拔下，将ZFeedback插线拔下并插到Xou插空上。2、开启控制机箱电源、高压电源、激光器电源，进给样品至光斑向PSD稍稍移动。3、运行软件的原子力曲线测量功能，得到曲线：适当进或退样品，可得到最具特征的原子力曲线。【实验内容】1、观测固体表面形貌图一张。2、测量纳米级微观粗糙度。3、测量原子力曲线。【注意事项】1、AFM系统开机顺序：计算机→控制机箱（低压）→高压电源→激光器电源。2、样品进给过程：粗调→微调（慢速）至光斑向PSD跳动→PSD信号显示约1.666，反馈显示约一200～一300，或大或小。（光斑位置须跨在PSD左侧，为防止蠕动，避免光斑跳到PSD右侧，微调旋钮可稍加“倒车”）。3、扫描时，控制机箱上的“反馈调节”旋钮一般为顺时针1～2圈：“PSD信号调节”旋钮一般股为顺时针2~4圈。4、扫描过程中，不能进退样品，不能用纸片挡看光斑。5、AFM系统关机顺序：停止扫描→微调向左退出样品→粗调向左退样品→关闭激光器电源→关闭高压电源→关闭控制机箱。（注：不扫描时，高压电源及激光器电源请及时关闭）。6、更换样品或探针时，粗调尽量退远一点，使样品与探针间距大一些，以便操作。螺丝刀不要用力顶，只可转动，稍稍拧紧螺丝即可。7、不要翻倒AFM探头，不要松动PSD的固定螺钉，即不要松动PSD元件。8、激光器的四个调节螺钉如太紧，可先适当调松。但不要旋转和拔出激光器，以免改变焦距9、激光器电源低于2.5V时，或感觉激光太弱时，请更换电池。10、不要用手碰高压电源的输出端子。冬天或气候干燥时，探头或机箱上可能有静电，可不必介意，-23 -
- 23 - 原子力曲线测量步骤 1、 在关机状态下，小心将控制机箱上高压放大单元的 Xout 插线头拔下，将 Z Feedback 插线拔下并插到 Xout 插空上。 2、 开启控制机箱电源、高压电源、激光器电源，进给样品至光斑向 PSD 稍稍移动。 3、 运行软件的原子力曲线测量功能，得到曲线；适当进或退样品，可得到最具特征的原子力曲线。 【实验内容】 1、 观测固体表面形貌图一张。 2、 测量纳米级微观粗糙度。 3、 测量原子力曲线。 【注意事项】 1、AFM 系统开机顺序：计算机→控制机箱（低压）→高压电源→激光器电源。 2、样品进给过程：粗调→微调（慢速）至光斑向 PSD 跳动→PSD 信号显示约 1.666，反馈显示约－200～ －300，或大或小。（光斑位置须跨在 PSD 左侧，为防止蠕动，避免光斑跳到 PSD 右侧，微调旋钮可稍 加“倒车”）。 3、扫描时，控制机箱上的“反馈调节”旋钮一般为顺时针 1～2 圈；“PSD 信号调节”旋钮一般为顺时针 2～4 圈。 4、扫描过程中，不能进退样品，不能用纸片挡看光斑。 5、AFM 系统关机顺序：停止扫描→微调向左退出样品→粗调向左退样品→关闭激光器电源→关闭高压电 源→关闭控制机箱。（注：不扫描时，高压电源及激光器电源请及时关闭）。 6、更换样品或探针时，粗调尽量退远一点，使样品与探针间距大一些，以便操作。螺丝刀不要用力顶， 只可转动，稍稍拧紧螺丝即可。 7、不要翻倒 AFM 探头，不要松动 PSD 的固定螺钉，即不要松动 PSD 元件。 8、激光器的四个调节螺钉如太紧，可先适当调松。但不要旋转和拔出激光器，以免改变焦距。 9、激光器电源低于 2.5V 时，或感觉激光太弱时，请更换电池。 10、不要用手碰高压电源的输出端子。冬天或气候干燥时，探头或机箱上可能有静电，可不必介意
微悬臂有效长度200&100μm基块（粘贴面）U形块微探针底宽4μm①铺贴一层双面胶尖径5nm镊子微探针贮藏盒②用镊子平移探针基块约1.5mm固定约10°U形块（注：已固定，操作时请不要按压）圆环大致居中、悬空部分约一半图6微探针（基块）及安装过程图-24 -
- 24 - 图 6 微探针（基块）及安装过程图
螺钉拧紧时激光器光斑移动方向以此类推'O信02PSD0调节旋钮，使光斑移到右图中所示位置图7旋钮调节及光斑移动方向-25-
- 25 - 调节旋钮，使光斑移到右图中所示位置 图 7 旋钮调节及光斑移动方向