Μικροσκόπιο ατομικής δύναμης και η εφαρμογή του
Το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης είναι ένα μικροσκόπιο ανιχνευτή σάρωσης που αναπτύχθηκε από τη βασική αρχή του μικροσκοπίου σάρωσης σήραγγας. Η εμφάνιση του μικροσκοπίου ατομικής δύναμης έχει αναμφίβολα διαδραματίσει ρόλο στην προώθηση της ανάπτυξης 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 στην επιφάνεια του δείγματος για να παρέχουν παρατήρηση υψηλής μεγέθυνσης. Η σάρωση AFM μπορεί να παρέχει πληροφορίες για την κατάσταση της επιφάνειας διαφόρων τύπων δειγμάτων. Σε σύγκριση με τα συμβατικά μικροσκόπια, το πλεονέκτημα του μικροσκοπίου ατομικής δύναμης είναι ότι μπορεί να παρατηρήσει την επιφάνεια του δείγματος σε υψηλή μεγέθυνση κάτω από ατμοσφαιρικές συνθήκες και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για σχεδόν όλα τα δείγματα (με ορισμένες απαιτήσεις για φινίρισμα επιφάνειας), χωρίς άλλη επεξεργασία προετοιμασίας δείγματος. επιφάνεια δείγματος μπορεί να ληφθεί τρισδιάστατη εικόνα του . Μπορεί επίσης να εκτελέσει υπολογισμό τραχύτητας, πάχους, πλάτους βήματος, μπλοκ διάγραμμα ή ανάλυση μεγέθους σωματιδίων στη σαρωμένη τρισδιάστατη τοπογραφική εικόνα.
Το AFM μπορεί να ανιχνεύσει πολλά δείγματα και 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 του δείγματος ανίχνευσης και του μικροσκοπικού άκρου του ανιχνευτή για να μετρήσει την τοπογραφία της επιφάνειας.
Το άκρο του ανιχνευτή βρίσκεται σε έναν μικρό εύκαμπτο πρόβολο 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 3-4nm και η δύναμη που ανιχνεύεται μεταξύ τους είναι μικρότερη από 10-8N. Το φως από μια δίοδο λέιζερ εστιάζεται στο πίσω μέρος του προβόλου. Όταν ο πρόβολος κάμπτεται υπό τη δύναμη, το ανακλώμενο φως εκτρέπεται χρησιμοποιώντας μια γωνία εκτροπής φωτοανιχνευτή ευαίσθητη στη θέση. Στη συνέχεια τα δεδομένα που συλλέγονται υποβάλλονται σε επεξεργασία από υπολογιστή για να ληφθεί μια τρισδιάστατη εικόνα της επιφάνειας του δείγματος.
Ο πλήρης ανιχνευτής προβόλου τοποθετείται στην επιφάνεια του δείγματος που ελέγχεται από τον πιεζοηλεκτρικό σαρωτή και σαρώνεται προς τρεις κατευθύνσεις με πλάτος βήματος 0,1 nm ή λιγότερο. Τυπικά, ο άξονας Z που ελέγχεται από την ανάδραση μετατόπισης του προβόλου παραμένει σταθερός ενώ εκτελείται λεπτομερής σάρωση (άξονας XY) στην επιφάνεια του δείγματος. Η τιμή του άξονα Z που είναι η ανάδραση της απόκρισης σάρωσης εισάγεται στον υπολογιστή για επεξεργασία και λαμβάνεται η εικόνα παρατήρησης (3D εικόνα) της επιφάνειας του δείγματος.
Δεύτερον, τα χαρακτηριστικά του μικροσκοπίου ατομικής δύναμης
1. Οι δυνατότητες υψηλής ανάλυσης υπερβαίνουν κατά πολύ αυτές των ηλεκτρονικών μικροσκοπίων σάρωσης (SEM) και των οπτικών μετρητών τραχύτητας. Τα τρισδιάστατα δεδομένα της επιφάνειας του δείγματος πληρούν τις ολοένα και πιο μικροσκοπικές απαιτήσεις της έρευνας, της παραγωγής και της ποιοτικής επιθεώρησης.
2. Μη καταστροφική, η δύναμη αλληλεπίδρασης μεταξύ του καθετήρα και της επιφάνειας του δείγματος είναι μικρότερη από 10-8N, η οποία είναι πολύ χαμηλότερη από την πίεση του προηγούμενου μετρητή τραχύτητας της γραφίδας, επομένως δεν θα βλάψει το δείγμα και εκεί δεν υπάρχει πρόβλημα βλάβης της δέσμης ηλεκτρονίων στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης. Επιπλέον, η ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης απαιτεί επικάλυψη μη αγώγιμων δειγμάτων, ενώ η μικροσκοπία ατομικής δύναμης όχι.
3. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, όπως παρατήρηση επιφάνειας, μέτρηση μεγέθους, μέτρηση τραχύτητας επιφάνειας, ανάλυση μεγέθους σωματιδίων, στατιστική επεξεργασία προεξοχών και κοιλωμάτων, αξιολόγηση συνθηκών σχηματισμού φιλμ, μέτρηση βημάτων μεγέθους προστατευτικού στρώματος, επιπεδότητα αξιολόγηση μονωτικών φιλμ ενδιάμεσων στρωμάτων, αξιολόγηση επικάλυψης VCD, αξιολόγηση διαδικασίας επεξεργασίας τριβής προσανατολισμένης μεμβράνης, ανάλυση ελαττωμάτων κ.λπ.
4. Το λογισμικό έχει ισχυρές λειτουργίες επεξεργασίας και το τρισδιάστατο μέγεθος εμφάνισης εικόνας, η γωνία θέασης, το χρώμα της οθόνης και η στιλπνότητα μπορούν να ρυθμιστούν ελεύθερα. Και μπορεί να επιλέξει δίκτυο, γραμμή περιγράμματος, εμφάνιση γραμμής. Μακροδιαχείριση επεξεργασίας εικόνας, ανάλυση σχήματος και τραχύτητας διατομής, ανάλυση τοπογραφίας και άλλες λειτουργίες.
