Η Αρχή Εργασίας και οι Εφαρμογές των Μικροσκοπίων Ατομικής Δύναμης
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 ανιχνευτή 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.
Χαρακτηριστικά της Μικροσκοπίας Ατομικής Δύναμης
1. Η ικανότητα υψηλής-ανάλυσης υπερβαίνει κατά πολύ αυτή των ηλεκτρονικών μικροσκοπίων σάρωσης (SEM) και των οπτικών μετρητών τραχύτητας. Τα τρισδιάστατα-στοιχεία στην επιφάνεια του δείγματος πληρούν τις ολοένα και πιο μικροσκοπικές απαιτήσεις της έρευνας, της παραγωγής και της επιθεώρησης ποιότητας.
2. Μη καταστροφική, η δύναμη αλληλεπίδρασης μεταξύ του καθετήρα και της επιφάνειας του δείγματος είναι κάτω από 10-8N, η οποία είναι πολύ χαμηλότερη από την πίεση των παραδοσιακών μετρητών τραχύτητας γραφίδας. Επομένως, δεν θα βλάψει το δείγμα και δεν υπάρχει πρόβλημα βλάβης δέσμης ηλεκτρονίων της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης. Επιπλέον, η ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης απαιτεί επεξεργασία επικάλυψης σε μη αγώγιμα δείγματα, ενώ η μικροσκοπία ατομικής δύναμης όχι.
3. Έχει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για επιφανειακή παρατήρηση, μέτρηση μεγέθους, μέτρηση τραχύτητας επιφάνειας, ανάλυση μεγέθους σωματιδίων, στατιστική επεξεργασία προεξοχών και κοιλοτήτων, αξιολόγηση συνθηκών σχηματισμού φιλμ, μέτρηση βήματος μεγέθους προστατευτικών στρωμάτων, αξιολόγηση επιπεδότητας των μονωτικών μεμβρανών ενδιάμεσης στρώσης, αξιολόγηση επικάλυψης VCD, αξιολόγηση διεργασίας επεξεργασίας τριβής κ.λπ.
4. Το λογισμικό έχει ισχυρές δυνατότητες επεξεργασίας και το μέγεθος εμφάνισης της τρισδιάστατης εικόνας, η γωνία θέασης, το χρώμα της οθόνης και η στιλπνότητα μπορούν να ρυθμιστούν ελεύθερα. Και μπορούν να επιλεγούν γραμμές δικτύου, περιγράμματος και οθόνες γραμμών. Μακροδιαχείριση επεξεργασίας εικόνας, ανάλυση διατομής-σχήματος και τραχύτητας, ανάλυση μορφολογίας και άλλες λειτουργίες.
