原子力顯微鏡（AFM）在光盤表面形貌檢測中的應(yīng)用

摘 要 利用原子力顯微鏡（AFM）對大小為0.5cm×0.5cm的光盤（CD-R及DVD-R）樣品在10000nm2-15000nm2范圍內(nèi)樣品表面形貌進(jìn)行了掃描，采用Imager后處理軟件對光盤表面形貌相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞 AFM；光盤；凹坑

一、引言

光盤存儲技術(shù)是20世紀(jì)70年代初開始發(fā)展起來的一項高新技術(shù)。光盤存儲具有可隨機(jī)存取、存儲密度高、保存壽命長、容量大、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，現(xiàn)在已經(jīng)成為重要的數(shù)據(jù)儲存介質(zhì)。為提高光盤容量、質(zhì)量，需要進(jìn)一步改善CD/DVD光盤表面的質(zhì)量分析方法。AFM 可對CD/DVD表面進(jìn)行直接三維測量，能夠在納米尺度上對CD/DVD光盤信息位的凸臺和凹坑結(jié)構(gòu)進(jìn)行直接地觀測和統(tǒng)計分析，進(jìn)而可研究出影響其質(zhì)量的直接原因。AFM具有可提供量化三維信息，對樣品沒有特殊要求和效率高等特點，是分析CD/DVD質(zhì)量的主要工具。

二、AFM工作原理

AFM利用微懸臂感受和放大懸臂上尖細(xì)探針與受測樣品原子間作用力，從而達(dá)到檢測的目的。將一微懸臂（對微弱力敏感）一端固定，另一端則有一微小針尖，而針尖與樣品表面輕微接觸，樣品表面原子與針尖尖端原子間存在微弱排斥力，經(jīng)掃描控制力的恒定，微懸臂（帶有針尖）將會對應(yīng)于樣品表面原子和針尖間作用力的等位面從而在垂直樣品表面方向上運(yùn)動起伏。通過光學(xué)或隧道電流的檢測法，能夠測出對應(yīng)掃描各點的微懸臂的位置改變，從而可獲得樣品的表面形貌信息。

三、結(jié)果與分析

本實驗利用的儀器是本原納米儀器有限公司型號為CSPM-2000wet的原子力顯微鏡。實驗采用大小為0.5cm×0.5cm的1塊光盤（CD-R及DVD-R）作為樣品，儀器調(diào)節(jié)完畢后對樣品開始掃描。一般采用10000nm2-15000nm2范圍內(nèi)樣品表面形貌的掃描視圖。

1.CD表面形貌分析

圖3、4分別是CD光盤表面形貌的灰度圖及三維圖。從圖中可推算出CD的平均凹坑深度為196nm，道間距為1700nm，所得結(jié)果與CD的基本參數(shù)大致符合。

2.DVD表面形貌分析

圖5、6分別是DVD光盤表面形貌圖及三維圖。圖7是DVD光盤表面形貌剖面圖，采用Imager后處理軟件進(jìn)行處理，由圖可推算出DVD的平均凹坑深度為180nm，道間距為900nm。由圖可分析得，DVD的平均凹坑深度與CD接近，而道間距更小，表明DVD光盤的信息存儲量明顯高于CD光盤。此外，由于DVD采用了更短波長的激光以及先進(jìn)的調(diào)制、編碼技術(shù)，使得DVD的數(shù)據(jù)存儲理是CD的7倍以上（目前常用單層DVD-R最多可保存4.7G數(shù)據(jù)，而CD-R只有0.68G）。

四、結(jié)論

原子力顯微鏡（AFM）可直接對CD/DVD光盤進(jìn)行三維檢測，并能形象直觀地觀測到CD/DVD光盤表面結(jié)構(gòu)。它具有對樣品無特殊要求、提供量化三維信息和分辨率高的特點，是分析CD/DVD光盤質(zhì)量的重要工具。這種獨特的優(yōu)點使得AFM將在未來的數(shù)據(jù)分析處理中發(fā)揮重要作用。此外，AFM也集納米加工和測量于一體，具有很好的監(jiān)控和加工能力，這對未來研發(fā)更快的存儲介質(zhì)及海量存儲系統(tǒng)等具有非常重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]景蔚萱，蔣莊德.原子力顯微鏡（AFM）在光盤檢測及其質(zhì)量控制中的應(yīng)用[J].光學(xué)精密工程，2003，11（4）：368-373

[2]閆勇剛，馬強(qiáng)，黃俊杰等.基于AFM檢測信息存儲介質(zhì)表面結(jié)構(gòu)的研究[J].微納電子技術(shù)，2005，42（3）：139-141

[3]孫大許，劉萬里，馬強(qiáng)等.基于AFM的光盤形貌研究[J]. 光學(xué)儀器，2005，27（5）：3-6

[4]劉萬里，孫大許，馬強(qiáng)，閆勇剛等.原子力顯微鏡在信息存儲介質(zhì)檢測中的應(yīng)用[J].現(xiàn)在科學(xué)儀器，2005，5（1）：51-53

[5]Donald A，David L.High Precision Measurement of Critical Dimensions Using the Atomic Force Microscopy[J].J. Vac.Sci.Technol.，1999，17（1）：1457-1459.