Zasada działania mikroskopii sił atomowych i jej zastosowania
Mikroskop sił atomowych to mikroskop z sondą skanującą opracowany na podstawowej zasadzie 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 ogólny termin określający serię mikroskopów, które wykorzystują małą sondę do skanowania powierzchni próbki, zapewniając w ten sposób obserwacje z dużym powiększeniem. Skany AFM dostarczają informacji o stanie powierzchni różnych typów próbek. W porównaniu z konwencjonalnymi mikroskopami zaletą AFM jest to, że można go stosować do obserwacji powierzchni próbki przy dużym powiększeniu w warunkach atmosferycznych i można go stosować do prawie wszystkich próbek (z pewnymi wymaganiami dotyczącymi wykończenia powierzchni) bez konieczności stosowania jakichkolwiek inne przygotowanie próbki w celu uzyskania trójwymiarowego obrazu topograficznego powierzchni próbki. Zeskanowany obraz 3D można wykorzystać do obliczenia chropowatości, grubości, szerokości kroku, wykresu pudełkowego lub analizy ziarnistości.
Mikroskopia sił atomowych może zbadać wiele próbek, dostarczając danych do badań powierzchni i kontroli produkcji lub rozwoju procesów, których nie są w stanie zapewnić konwencjonalne skanujące mierniki chropowatości powierzchni i mikroskopy elektronowe.
Podstawowa zasada
Mikroskopia sił atomowych wykorzystuje siłę oddziaływania (siłę atomową) pomiędzy powierzchnią badanej próbki a cienką końcówką sondy do pomiaru topografii powierzchni.
Końcówka sondy znajduje się na małym wsporniku bremsstrahlung, a gdy sonda dotyka powierzchni próbki, powstająca interakcja jest wykrywana w postaci ugięcia wspornika. Odległość pomiędzy powierzchnią próbki a sondą jest mniejsza niż 3-4 nm, a wykryta między nimi siła mniejsza niż 10-8 N. Światło diody laserowej skupia się na tylnej części wspornika. Gdy wspornik ugina się pod wpływem siły, odbite światło jest odchylane przy użyciu czułego na bit kąta odchylenia fotodetektora. Zebrane dane są następnie przetwarzane komputerowo w celu uzyskania trójwymiarowego obrazu powierzchni próbki.
Kompletna sonda wspornikowa, umieszczona na powierzchni próbki pod kontrolą skanera piezoelektrycznego, jest skanowana w trzech kierunkach z dokładnością do 0,1 nm lub mniej. Ogólnie rzecz biorąc, przemieszczenie wspornika jest utrzymywane na stałym poziomie pod działaniem osi Z sterowania ze sprzężeniem zwrotnym, gdy powierzchnia próbki jest szczegółowo omiatana (oś XY). W odpowiedzi na skanowanie wartość zwrotna osi Z jest wprowadzana do przetwarzania komputerowego, w wyniku czego następuje obserwacja obrazu powierzchni próbki (obraz 3D).
Cechy mikroskopu sił atomowych
1. Wysoka rozdzielczość znacznie przewyższa skaningowy mikroskop elektronowy (SEM) i instrument do pomiaru chropowatości optycznej. Trójwymiarowe dane na powierzchni próbki, aby spełnić wymagania badań, produkcji, kontroli jakości, coraz bardziej mikroskopijne.
2. Nieniszcząca siła oddziaływania sondy i powierzchni próbki wynosząca 10-8 N lub mniej, znacznie mniejsza niż nacisk poprzedniego przyrządu do pomiaru chropowatości igły, więc nie nastąpi uszkodzenie próbki, nie ma wiązki elektronów ze skaningowego mikroskopu elektronowego szkoda. Ponadto skaningowy mikroskop elektronowy wymaga pokrycia próbek nieprzewodzących, podczas gdy mikroskop sił atomowych nie jest wymagany.
3. Szeroki zakres zastosowań, może być stosowany do obserwacji powierzchni, określania wielkości, określania chropowatości powierzchni, analizy ziarnistości, występów i wgłębień obróbki statystycznej, oceny warunków tworzenia filmu, wielkości warstwy ochronnej do oznaczania etap, ocena płaskości międzywarstwowej folii izolacyjnej, ocena powłoki VCD, ocena obróbki ciernej procesu kierunkowej folii, analiza defektów.
4. Silne funkcje przetwarzania oprogramowania, trójwymiarowy obraz wyświetla jego rozmiar, kąt widzenia, kolor wyświetlacza i połysk można dowolnie ustawić. I może wybrać sieć, kontur, wyświetlanie linii. Zarządzanie makro przetwarzaniem obrazu, kształtem przekroju i analizą chropowatości, analizą morfologiczną i innymi funkcjami.
