Αρχή λειτουργίας της μικροσκοπίας ατομικής δύναμης και οι εφαρμογές της
Το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης είναι ένα μικροσκόπιο ανιχνευτή σάρωσης που αναπτύχθηκε με βάση τη βασική αρχή του μικροσκοπίου σάρωσης σήραγγας. Η εμφάνιση του μικροσκοπίου ατομικής δύναμης έχει αναμφίβολα διαδραματίσει κινητήριο ρόλο στην ανάπτυξη της νανοτεχνολογίας. Το μικροσκόπιο ανιχνευτή σάρωσης, που αντιπροσωπεύεται από το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης, είναι ένας γενικός όρος για μια σειρά μικροσκοπίων που χρησιμοποιούν έναν μικρό ανιχνευτή για σάρωση πάνω από την επιφάνεια ενός δείγματος, παρέχοντας έτσι παρατηρήσεις υψηλής μεγέθυνσης. Οι σαρώσεις AFM παρέχουν πληροφορίες σχετικά με την κατάσταση της επιφάνειας διαφόρων τύπων δειγμάτων. Σε σύγκριση με τα συμβατικά μικροσκόπια, το πλεονέκτημα του AFM είναι ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρατήρηση της επιφάνειας ενός δείγματος σε υψηλή μεγέθυνση κάτω από ατμοσφαιρικές συνθήκες και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για όλα σχεδόν τα δείγματα (με ορισμένες απαιτήσεις για φινίρισμα επιφάνειας) χωρίς την ανάγκη άλλη προετοιμασία δείγματος για τη λήψη τρισδιάστατης τοπογραφικής εικόνας της επιφάνειας του δείγματος. Η σαρωμένη τρισδιάστατη εικόνα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό της τραχύτητας, το πάχος, το πλάτος του βήματος, την γραφική παράσταση πλαισίου ή την ανάλυση κοκκοποίησης.
Το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης μπορεί να εξετάσει πολλά δείγματα, παρέχοντας δεδομένα για επιφανειακές μελέτες και έλεγχο παραγωγής ή ανάπτυξη διεργασιών που δεν μπορούν να παρέχουν τα συμβατικά μετρητές τραχύτητας επιφάνειας σάρωσης και τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια.
Βασική αρχή
Το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης χρησιμοποιεί τη δύναμη αλληλεπίδρασης (ατομική δύναμη) μεταξύ της επιφάνειας του δείγματος δοκιμής και ενός λεπτού άκρου ανιχνευτή για τη μέτρηση της τοπογραφίας της επιφάνειας.
Το άκρο του ανιχνευτή βρίσκεται σε έναν μικρό πρόβολο bremsstrahlung και όταν ο καθετήρας αγγίζει την επιφάνεια του δείγματος, η προκύπτουσα αλληλεπίδραση ανιχνεύεται με τη μορφή εκτροπής προβόλου. Η απόσταση μεταξύ της επιφάνειας του δείγματος και του καθετήρα είναι μικρότερη από 3-4 nm και η δύναμη που ανιχνεύεται μεταξύ τους, μικρότερη από 10-8 N. Το φως από τη δίοδο λέιζερ εστιάζεται στο πίσω μέρος του προβόλου. Καθώς ο πρόβολος κάμπτεται υπό τη δύναμη, το ανακλώμενο φως εκτρέπεται, χρησιμοποιώντας μια ευαίσθητη σε bit γωνία εκτροπής φωτοανιχνευτή. 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, τοποθετημένος στην επιφάνεια του δείγματος υπό τον έλεγχο ενός πιεζοηλεκτρικού σαρωτή, σαρώνεται σε τρεις κατευθύνσεις σε βήματα των 0,1 nm ή λιγότερο σε επίπεδο ακρίβειας. Γενικά, η μετατόπιση του προβόλου διατηρείται σταθερή υπό την επίδραση του άξονα Z του ελέγχου ανάδρασης καθώς η επιφάνεια του δείγματος σκουπίζεται λεπτομερώς (άξονας XY). Σε απόκριση στη σάρωση, η ανατροφοδότηση της τιμής του άξονα Z εισάγεται στην επεξεργασία του υπολογιστή, με αποτέλεσμα την παρατήρηση της εικόνας της επιφάνειας του δείγματος (εικόνα 3D).
Χαρακτηριστικά του μικροσκοπίου ατομικής δύναμης
1. Η ικανότητα υψηλής ανάλυσης υπερβαίνει κατά πολύ το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM), καθώς και το όργανο οπτικής τραχύτητας. Τρισδιάστατα δεδομένα στην επιφάνεια του δείγματος για να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις της έρευνας, της παραγωγής, της ποιοτικής επιθεώρησης όλο και πιο μικροσκοπικά.
2. Μη καταστροφική δύναμη αλληλεπίδρασης ανιχνευτή και επιφάνειας δείγματος 10-8N ή μικρότερη, πολύ μικρότερη από την προηγούμενη πίεση οργάνου τραχύτητας της γραφίδας, επομένως δεν θα υπάρξει ζημιά στο δείγμα, δεν υπάρχει δέσμη ηλεκτρονίων μικροσκοπίου σάρωσης βλάβη. Επιπλέον, το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης απαιτεί την επικάλυψη μη αγώγιμων δειγμάτων, ενώ δεν απαιτείται το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης.
3. Ευρύ φάσμα εφαρμογών, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για επιφανειακή παρατήρηση, προσδιορισμό μεγέθους, προσδιορισμό τραχύτητας επιφάνειας, ανάλυση κοκκοποίησης, προεξοχές και κοιλότητες της στατιστικής επεξεργασίας, αξιολόγηση των συνθηκών σχηματισμού φιλμ, το μέγεθος του προστατευτικού στρώματος του προσδιορισμού του βήμα, αξιολόγηση επιπεδότητας μονωτικού φιλμ ενδιάμεσου στρώματος, αξιολόγηση επικάλυψης VCD, αξιολόγηση επεξεργασίας τριβής της διαδικασίας κατευθυντικής μεμβράνης, ανάλυση ελαττωμάτων.
4. Ισχυρές λειτουργίες επεξεργασίας λογισμικού, η τρισδιάστατη εικόνα του που εμφανίζει το μέγεθός του, η γωνία θέασης, το χρώμα οθόνης, η στιλπνότητα μπορούν να ρυθμιστούν ελεύθερα. Και μπορεί να επιλέξει το δίκτυο, το περίγραμμα, την εμφάνιση γραμμής. Μακροδιαχείριση επεξεργασίας εικόνας, ανάλυση σχήματος τομής και τραχύτητας, μορφολογική ανάλυση και άλλες λειτουργίες.
