Princip fungování mikroskopie atomárních sil a její aplikace
Mikroskop atomární síly je rastrovací sondový mikroskop vyvinutý na základním principu rastrovacího tunelového mikroskopu. Vznik mikroskopie atomárních sil nepochybně sehrál hnací roli ve vývoji nanotechnologií. Mikroskopie s rastrovací sondou, reprezentovaná mikroskopií atomárních sil, je obecný termín pro řadu mikroskopů, které používají malou sondu ke skenování po povrchu vzorku, čímž poskytují pozorování s velkým zvětšením. AFM skeny poskytují informace o stavu povrchu různých typů vzorků. Ve srovnání s konvenčními mikroskopy je výhodou AFM to, že s ním lze pozorovat povrch vzorku při velkém zvětšení za atmosférických podmínek a lze jej použít pro téměř všechny vzorky (s určitými požadavky na povrchovou úpravu) bez potřeby jakýchkoli jinou přípravu vzorku pro získání trojrozměrného topografického obrazu povrchu vzorku. Naskenovaný 3D obraz lze použít pro výpočet drsnosti, tloušťky, šířky kroku, krabicového grafu nebo analýzy zrnitosti.
Mikroskopie atomové síly může zkoumat mnoho vzorků a poskytuje data pro povrchové studie a řízení výroby nebo vývoj procesů, které konvenční skenovací měřiče drsnosti povrchu a elektronové mikroskopy nemohou poskytnout.
Základní princip
Mikroskopie atomové síly využívá k měření topografie povrchu interakční sílu (atomovou sílu) mezi povrchem testovaného vzorku a jemnou špičkou sondy.
Špička sondy je na malém brzdném nosníku a když se sonda dotkne povrchu vzorku, výsledná interakce je detekována ve formě vychýlení konzoly. Vzdálenost mezi povrchem vzorku a sondou je menší než 3-4 nm a síla zjištěná mezi nimi je menší než 10-8 N. Světlo laserové diody je zaostřeno na zadní stranu konzoly. Jak se konzola ohýbá působením síly, odražené světlo je vychylováno pomocí úhlu vychýlení fotodetektoru citlivého na bity. Shromážděná data jsou následně zpracována počítačem pro získání trojrozměrného obrazu povrchu vzorku.
Kompletní konzolová sonda umístěná na povrchu vzorku pod kontrolou piezoelektrického skeneru je skenována ve třech směrech v krocích 0,1 nm nebo méně na úrovni přesnosti. Obecně platí, že posunutí konzoly je udržováno fixované působením osy Z zpětnovazebního řízení, když je povrch vzorku detailně rozmítán (osa XY). V reakci na skenování je zpětná hodnota osy Z zadávána do počítačového zpracování, což vede k pozorování obrazu povrchu vzorku (3D obrazu).
Vlastnosti mikroskopu atomárních sil
1. Schopnost vysokého rozlišení daleko přesahuje rastrovací elektronový mikroskop (SEM) a také nástroj pro optickou drsnost. Trojrozměrná data na povrchu vzorku splňují požadavky výzkumu, výroby, kontroly kvality stále mikroskopičtější.
2. Nedestruktivní síla interakce mezi sondou a povrchem vzorku 10-8N nebo menší, mnohem menší než tlak předchozího nástroje pro měření drsnosti doteku, takže nedojde k žádnému poškození vzorku, neexistuje žádný elektronový paprsek rastrovacího elektronového mikroskopu poškození. Kromě toho rastrovací elektronový mikroskop vyžaduje potažení nevodivých vzorků, zatímco mikroskop atomárních sil není vyžadován.
3. Široká škála aplikací, lze použít pro pozorování povrchu, stanovení velikosti, stanovení drsnosti povrchu, analýzu zrnitosti, výčnělky a jamky statistického zpracování, vyhodnocení podmínek tvorby filmu, velikost ochranné vrstvy, stanovení krok, hodnocení rovinnosti mezivrstvy, hodnocení VCD povlaku, hodnocení třecího zpracování směrového filmového procesu, analýza defektů.
4. Silné funkce softwarového zpracování, jeho trojrozměrný obraz zobrazuje jeho velikost, úhel pohledu, barvu displeje, lesk lze libovolně nastavit. A můžete si vybrat síť, obrys, zobrazení čar. Makro management zpracování obrazu, tvar řezu a analýza drsnosti, morfologická analýza a další funkce.
