【48812】翻开半导体国际的钥匙！能看清纳米级芯片的“原子力”
来源：媒体公告 发布时间：2024-05-17 07:44:38数学知识告知咱们，一厘米等于1000万纳米、一毫米等于200万纳米。有了这个概念，再去看常常提及的个位数纳米级芯片是否更能够感觉到工业制作的魅力？但人类的肉眼是有极限的，底子不可能明晰捕捉纳米国际的细节，这时分就要靠东西来完成了。
咱们对不知道的悠远星系的求知催生出了望远镜，对细小事物的爱好则诞生出显微镜，这两者大约都是咱们最早能触摸的科学仪器，而这两个仪器使用的正是光学原理。光学显微镜即连续扩大镜的概念，运用不同光学元件的组合，结合光的折射等特性，加上额定的光源，使扩大倍率和分辨率进一步进步。
但一般光学显微镜并不是进入纳米级国际的钥匙，由于咱们没办法将光学系统无上限地组合起来提高扩大倍率。打个比方，假如咱们咱们能够用一个篮球去丈量一个沙坑的巨细，但却很难用这个篮球去感知一粒沙子的形状和巨细。
放到光学显微镜中，光的波长便是“篮球”，“沙子”能够视为咱们想要调查的纳米级物体——光学丈量会受限于光的波长，当两个物体之间的间隔小于或等于光波长的一半时，光的绕射现象将使得印象堆叠，并让调查到的印象变得模糊不清，这种约束被称为瑞利原则(Rayleigh criterion)。
换句话说，以可见光为主的光学显微镜所能调查到的最小物体标准约为300纳米，这关于探究纳米资料国际来说远远缺乏。
因而，研究人员开端运用其他方法来探究极细小的国际。在原子或分子间有一种广泛存在的吸引力，学名叫“范德华力”，学术一点说，范德华力是中性原子之间经过瞬间静电彼此作用发生的一种弱的分子之间的力，一起这种作用力会跟着间隔的改动而改变。
依据这种“力”的存在，研究人员制作出了能够调查纳米国际、且不危害物体的原子力显微镜(AFM)。
原子力显微镜的勘探前端一般称为悬臂，悬臂最前端搭载着极细的探针（直径约20-100nm），用以挨近被观测的物体。已知范德华力的存在，那么就能揣度出来，物体外表的原子会依据与探针不同的间隔而发生巨细不一的交互作用，探针因而会发生曲折或轰动：当探针触摸到凸出的外表时，范德华力较强，反之则较弱。这就给了研究人员调查的时机。
借由探针的振幅，再加上电脑的运算，咱们就能“描绘”出物体外表的结构。这样的一个进程有点像打麻将的高手，并不是特别需求真的看到，只是凭仗麻将自身的凹凸触感就能猜中手中是哪张牌。但不同的是，原子力显微镜并不一定要跟物体外表触摸，这样就可避开损伤比较精细的电子元器件，比方用在芯片薄膜质量的检测中。
假如把原子力显微镜前端的探针换成铁磁性资料，那咱们就会得到一个“磁力显微镜（MFM）”，能够专门用来观测物体的磁性结构。由于磁交互作用的存在，当具有磁性的探针挨近不同磁畴（铁磁资料的根本组成部分）的时分，由于电子自旋方向的不同，会对探针形成不相同的吸引力或排斥力，从而形成对探针的曲折或轰动，和原子力显微镜相同，经过电脑运算就能看出资料的磁性散布。
但磁力显微镜要离观测物品略微远一点，要与其间隔10nm以上，否则范德华力就会和磁力彼此搅扰。依据探针与观测物体的间隔不同，以及探针资料的改变，探针前端与物体的作用力能够是范德华力、磁力，也能够是静电力、弹性力、原子间的斥力等等。
经过这些“随机组合”，原子力显微镜其实已经是一个咱们族了，统称为扫描探针显微镜宗族(SPM Family)，不光能够高分辨率表征样品外表描摹，还可剖析与作用力相应的外表性质。
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