Αρχή Εργασίας και Εφαρμογές Μικροσκοπίων Ατομικής Δύναμης
Το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης είναι ένα μικροσκόπιο ανιχνευτή σάρωσης που αναπτύχθηκε με βάση τις βασικές αρχές του μικροσκοπίου σάρωσης σήραγγας. Η εμφάνιση του μικροσκοπίου ατομικής δύναμης αναμφίβολα έπαιξε κινητήριο ρόλο στην ανάπτυξη της νανοτεχνολογίας. Το μικροσκόπιο ανιχνευτή σάρωσης, που αντιπροσωπεύεται από μικροσκόπιο ατομικής δύναμης, είναι μια σειρά μικροσκοπίων που χρησιμοποιούν έναν μικρό ανιχνευτή για τη σάρωση της επιφάνειας ενός δείγματος, παρέχοντας παρατήρηση υψηλής μεγέθυνσης. Η σάρωση με μικροσκοπία ατομικής δύναμης μπορεί να παρέχει πληροφορίες για την κατάσταση της επιφάνειας διαφόρων τύπων δειγμάτων. Σε σύγκριση με τα συμβατικά μικροσκόπια, το πλεονέκτημα της μικροσκοπίας ατομικής δύναμης είναι ότι μπορεί να παρατηρήσει την επιφάνεια των δειγμάτων σε υψηλή μεγέθυνση κάτω από ατμοσφαιρικές συνθήκες και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για όλα σχεδόν τα δείγματα (με ορισμένες απαιτήσεις για ομαλότητα επιφάνειας), χωρίς την ανάγκη άλλων επεξεργασιών προετοιμασίας δειγμάτων, για τη λήψη τρισδιάστατων εικόνων μορφολογίας της επιφάνειας του δείγματος. Και μπορεί να εκτελέσει υπολογισμό τραχύτητας, πάχους, πλάτους βήματος, μπλοκ διάγραμμα ή ανάλυση μεγέθους σωματιδίων στην τρισδιάστατη-εικόνα μορφολογίας που λαμβάνεται από τη σάρωση.
Το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης μπορεί να ανιχνεύσει πολλά δείγματα, να παρέχει δεδομένα για επιφανειακή έρευνα και έλεγχο παραγωγής ή ανάπτυξη διεργασιών, τα οποία δεν μπορούν να παρασχεθούν από συμβατικούς μετρητές τραχύτητας επιφάνειας σάρωσης και ηλεκτρονικά μικροσκόπια.
1, Βασικές αρχές
Το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης χρησιμοποιεί τη δύναμη αλληλεπίδρασης (ατομική δύναμη) μεταξύ της επιφάνειας ενός δείγματος και της άκρης ενός λεπτού καθετήρα για τη μέτρηση της μορφολογίας της επιφάνειας.
Το άκρο του ανιχνευτή βρίσκεται σε ένα μικρό εύκαμπτο πρόβολο και η αλληλεπίδραση που δημιουργείται όταν ο ανιχνευτής έρχεται σε επαφή με την επιφάνεια του δείγματος ανιχνεύεται με τη μορφή εκτροπής προβόλου. Η απόσταση μεταξύ της επιφάνειας του δείγματος και του καθετήρα είναι μικρότερη από 3-4nm και η δύναμη που ανιχνεύεται μεταξύ τους είναι μικρότερη από 10-8N. Το φως από τη δίοδο λέιζερ εστιάζεται στο πίσω μέρος του προβόλου. Όταν ο πρόβολος κάμπτεται υπό την επίδραση δύναμης, το ανακλώμενο φως εκτρέπεται και χρησιμοποιείται ένας φωτοανιχνευτής ευαίσθητος στη θέση για να εκτρέψει τη γωνία. Στη συνέχεια, τα δεδομένα που συλλέγονται υποβάλλονται σε επεξεργασία από υπολογιστή για να ληφθεί μια τρισδιάστατη εικόνα της επιφάνειας του δείγματος.
Ένας πλήρης ανιχνευτής προβόλου τοποθετείται στην επιφάνεια του δείγματος που ελέγχεται από έναν πιεζοηλεκτρικό σαρωτή και σαρώνεται σε τρεις κατευθύνσεις με πλάτος βήματος 0,1 nm ή λιγότερο σε οριζόντια ακρίβεια. Γενικά, κατά τη λεπτομερή σάρωση της επιφάνειας του δείγματος (άξονας XY), ο άξονας Z- που ελέγχεται από την ανάδραση μετατόπισης του προβόλου παραμένει σταθερός και αμετάβλητος. Οι τιμές του άξονα Z που παρέχουν ανατροφοδότηση για την απόκριση σάρωσης εισάγονται στον υπολογιστή για επεξεργασία, με αποτέλεσμα μια εικόνα παρατήρησης (3D εικόνα) της επιφάνειας του δείγματος.
