Mikroskopy sił atomowych i ich zastosowania
Mikroskop sił atomowych to mikroskop z sondą skanującą opracowany w oparciu o podstawowe zasady skaningowego mikroskopu tunelowego. Pojawienie się mikroskopii sił atomowych niewątpliwie odegrało wiodącą rolę w rozwoju nanotechnologii. Mikroskopia z sondą skanującą, reprezentowana przez mikroskopię sił atomowych, to seria mikroskopów, które wykorzystują małą sondę do skanowania powierzchni próbki, zapewniając obserwację z dużym powiększeniem. Skanowanie za pomocą mikroskopu sił atomowych może dostarczyć informacji o stanie powierzchni różnych typów próbek. W porównaniu z konwencjonalnymi mikroskopami zaletą mikroskopii sił atomowych jest to, że umożliwia ona obserwację powierzchni próbek przy dużym powiększeniu w warunkach atmosferycznych i może być stosowana do prawie wszystkich próbek (z pewnymi wymaganiami dotyczącymi gładkości powierzchni) bez potrzeby stosowania innych zabiegów przygotowania próbki, aby uzyskać-trójwymiarowe obrazy morfologii powierzchni próbki. Może także wykonywać obliczenia chropowatości, grubości, szerokości stopnia, schemat blokowy lub analizę wielkości cząstek na-trójwymiarowym obrazie morfologii uzyskanym ze skanowania.
Mikroskopia sił atomowych może wykryć wiele próbek, dostarczyć danych do badań powierzchni i kontroli produkcji lub rozwoju procesów, których nie mogą zapewnić konwencjonalne skaningowe mierniki chropowatości powierzchni i mikroskopy elektronowe.
1, Podstawowe zasady
Mikroskopia sił atomowych wykorzystuje siłę oddziaływania (siłę atomową) pomiędzy powierzchnią próbki a końcówką cienkiej sondy do pomiaru morfologii powierzchni.
Końcówka sondy znajduje się na małym, elastycznym wsporniku, a interakcja powstająca, gdy sonda styka się z powierzchnią próbki, jest wykrywana w postaci ugięcia wspornika. Odległość pomiędzy powierzchnią próbki a sondą jest mniejsza niż 3-4 nm, a wykryta między nimi siła jest mniejsza niż 10-8 N. Światło diody laserowej skupia się na tylnej części wspornika. Kiedy wspornik ugina się pod działaniem siły, odbite światło ulega odchyleniu, a do zmiany kąta wykorzystywany jest fotodetektor czuły na położenie. Następnie zebrane dane są przetwarzane komputerowo w celu uzyskania trójwymiarowego obrazu powierzchni próbki.
Na powierzchni próbki umieszcza się kompletną sondę wspornikową, kontrolowaną przez skaner piezoelektryczny i skanowaną w trzech kierunkach z szerokością kroku 0,1 nm lub mniejszą, z dokładnością poziomą. Ogólnie rzecz biorąc, podczas szczegółowego skanowania powierzchni próbki (oś XY), oś Z- kontrolowana przez sprzężenie zwrotne przemieszczenia wspornika pozostaje stała i niezmieniona. Wartości osi Z-, które dostarczają informacji zwrotnej na temat odpowiedzi skanowania, są wprowadzane do komputera w celu przetworzenia, w wyniku czego powstaje obraz obserwacyjny (obraz 3D) powierzchni próbki.
