輪廓儀和探針顯微鏡是兩種主要的接觸式輪廓測量儀
接觸式輪廓儀
探針輪廓儀和掃描探針顯微鏡是兩種主要的接觸式輪廓測量儀
,它們都用一個可接觸的探針去測量表面輪廓。二者的區別在于橫
向和縱向的測量范圍及它們的分辨率,因此,它們有不同的應用范
圍。另外,掃描探針顯微鏡可以測量樣品和針尖間的相互作用,這
使得其可以測量材料的不同性質。
探針輪廓儀
探針輪廓儀利用一個在表面移動的小針尖,通過感知針的高度
起伏來確定表面的輪廓。探針輪廓儀能夠測量的高度達lmm。這種
輪廓儀工作的時候很像留聲機,通常情況下,被測表面在探針下移
動,但也有可能是探針在表面移動。探針的垂直運動由一個線性變
化的差動變壓器(LVDT)測量,然后把測量的信號轉換為高度數據。
探針是由堅硬的物質,例如金剛石制作的,針尖的曲率半徑在0.0
5~50微米之間,這決定了儀器的橫向分辨率。
針尖半徑越小越尖,那么針尖就能夠越容易地跟蹤表面形狀,
但是針尖太尖,針尖施加給予表面的壓力就越大,有可能使表面產
生局部形變。如果表面產生的是彈性形變,雖然這不會損壞樣品,
但是會導致表面輪廓測量不準確。如果產生的是塑性形變,會導致
表面輪廓測量不準確,并且可能永久損壞樣品。新型的低壓力技術
(針尖載荷小于lmg的)允許測量柔軟的物質,例如光刻膠。另外,
當用小半徑的探針時,掃描速度會明顯降低,同時,必須降低針尖
載荷來得到更準確的測量。對于較精確的探針輪廓儀,針尖半徑約
為幾十微米或更小,針尖載荷為幾毫克或更少。這些輪廓儀需要密
封和振動隔離系統,需要很多分鐘去完成幾千個點的掃描。
探針輪廓儀的橫向分辨力由針尖半徑、表面形狀和數據點之間
的采樣間隔決定。對于一個球形針尖的探針來說,在測量一個正弦
形的表面輪廓時,較小可測量的正弦波的波長(周期)d不僅取決于
探針半徑r,還取決于正弦波的振幅