Принцип дії та застосування атомно-силового мікроскопа
Атомно-силовий мікроскоп та його застосування
Атомно-силовий мікроскоп — це скануючий зондовий мікроскоп, розроблений на основі основного принципу скануючого тунельного мікроскопа. Поява атомно-силового мікроскопа, безсумнівно, відіграла роль у сприянні розвитку нанотехнологій. Скануючий зондовий мікроскоп, представлений атомно-силовим мікроскопом, є загальним терміном для серії мікроскопів, які використовують невеликий зонд для сканування поверхні зразка, щоб забезпечити спостереження з великим збільшенням. Сканування АСМ може надати інформацію про стан поверхні різних типів зразків. Порівняно зі звичайними мікроскопами перевага атомно-силової мікроскопії полягає в тому, що вона може спостерігати за поверхнею зразка при великому збільшенні в атмосферних умовах і може використовуватися майже для всіх зразків (з певними вимогами до обробки поверхні), без додаткової обробки зразка, на поверхні зразка можна отримати 3D-зображення. Він також може виконувати розрахунок шорсткості, товщини, ширини кроку, блок-схему або аналіз розміру частинок на відсканованому 3D-зображенні топографії.
AFM може виявляти багато зразків і надавати дані для дослідження поверхні та контролю виробництва або розвитку процесу, що не може бути забезпечено звичайними скануючими вимірювачами шорсткості поверхні та електронними мікроскопами.
1. Основні принципи
Атомно-силовий мікроскоп використовує силу взаємодії (атомну силу) між поверхнею зразка для виявлення та крихітним наконечником зонда для вимірювання топографії поверхні.
Кінчик зонда знаходиться на невеликій гнучкій консолі, і коли зонд торкається поверхні зразка, взаємодія виявляється у вигляді відхилення кантилевера. Відстань між поверхнею зразка та зондом менша за 3-4 нм, а виявлена сила між ними менша за 10-8 Н. Світло від лазерного діода фокусується на задній частині кантилевера. Коли кантилевер згинається під дією сили, відбите світло відхиляється за допомогою позиційно-чутливого кута відхилення фотодетектора. Потім зібрані дані обробляються комп'ютером для отримання тривимірного зображення поверхні зразка.
Повний консольний зонд розміщується на поверхні зразка, який контролюється п’єзоелектричним сканером, і сканується в трьох напрямках із рівнем точності 0.1 нм або менше. Як правило, вісь Z, керована зворотним зв’язком зміщення кантилевера, залишається постійною, тоді як на поверхні зразка виконується детальне сканування (вісь XY). Значення осі Z, яке є зворотним зв’язком реакції сканування, вводиться в комп’ютер для обробки, і отримується спостережене зображення (3D-зображення) поверхні зразка.
По-друге, характеристики атомно-силового мікроскопа
1. Можливості високої роздільної здатності значно перевищують можливості скануючих електронних мікроскопів (SEM) і вимірювачів оптичної шорсткості. Тривимірні дані поверхні зразка відповідають все більш мікроскопічним вимогам досліджень, виробництва та контролю якості.
2. Неруйнівний, сила взаємодії між зондом і поверхнею зразка менша за 10-8N, що набагато нижче, ніж тиск попереднього вимірювача шорсткості стилуса, тому це не пошкодить зразок, і там не є проблемою пошкодження електронного променя скануючого електронного мікроскопа. Крім того, скануюча електронна мікроскопія вимагає покриття непровідних зразків, тоді як атомно-силова мікроскопія цього не вимагає.
3. Його можна використовувати в широкому діапазоні застосувань, таких як спостереження за поверхнею, вимірювання розміру, вимірювання шорсткості поверхні, аналіз розміру частинок, статистична обробка виступів і ямок, оцінка умов утворення плівки, вимірювання кроків розміру захисного шару, оцінка площинності міжшарових ізоляційних плівок, оцінка покриття VCD, оцінка процесу фрикційної обробки орієнтованої плівки, аналіз дефектів тощо.
4. Програмне забезпечення має потужні функції обробки, і його розмір відображення тривимірного зображення, кут огляду, колір дисплея та глянець можна вільно встановлювати. І можна вибрати мережу, контурну лінію, лінійне відображення. Макрокерування обробкою зображень, аналіз форми поперечного перерізу та шорсткості, аналіз топографії та інші функції.
