Zasada działania i zastosowania mikroskopów sił atomowych
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.
Charakterystyka mikroskopii sił atomowych
1. Wysoka-rozdzielczość znacznie przewyższa możliwości skaningowych mikroskopów elektronowych (SEM) i mierników chropowatości optycznej. Trójwymiarowe-dane na powierzchni próbki spełniają coraz bardziej mikroskopijne wymagania badań, produkcji i kontroli jakości.
2. Nieniszczący, siła oddziaływania między sondą a powierzchnią próbki wynosi poniżej 10-8N, czyli znacznie mniej niż nacisk tradycyjnych mierników chropowatości z końcówką pomiarową. Dlatego nie spowoduje to uszkodzenia próbki i nie ma problemu z uszkodzeniem wiązki elektronów w skaningowej mikroskopii elektronowej. Ponadto skaningowa mikroskopia elektronowa wymaga powlekania próbek nieprzewodzących, w przeciwieństwie do mikroskopii sił atomowych.
3. Ma szeroki zakres zastosowań i może być stosowany do obserwacji powierzchni, pomiaru wielkości, pomiaru chropowatości powierzchni, analizy wielkości cząstek, przetwarzania statystycznego występów i wgłębień, oceny warunków tworzenia filmu, pomiaru stopnia wielkości warstw ochronnych, oceny płaskości międzywarstwowych folii izolacyjnych, oceny powłoki VCD, oceny procesu obróbki ciernej zorientowanych folii, analizy defektów itp.
4. Oprogramowanie ma duże możliwości przetwarzania i można dowolnie ustawić rozmiar wyświetlanego obrazu 3D, kąt widzenia, kolor wyświetlacza i połysk. Można wybrać sieć, linie konturowe i wyświetlanie linii. Zarządzanie makrami w przetwarzaniu obrazu, analiza-kształtu i chropowatości przekroju poprzecznego, analiza morfologii i inne funkcje.
