Принцип роботи та застосування атомно-силових мікроскопів
1, Основні принципи
Атомно-силова мікроскопія використовує силу взаємодії (атомну силу) між поверхнею зразка та кінчиком тонкого зонда для вимірювання морфології поверхні.
Наконечник зонда знаходиться на невеликій гнучкій консолі, і взаємодія, що виникає, коли зонд контактує з поверхнею зразка, виявляється у вигляді відхилення кантілевера. Відстань між поверхнею зразка та зондом становить менше 3-4 нм, а сила, що виявляється між ними, менше 10-8 Н. Світло від лазерного діода фокусується на задній частині кантилевера. Коли кантилевер згинається під дією сили, відбите світло відхиляється, і для відхилення кута використовується чутливий до положення фотодетектор. Потім зібрані дані обробляються комп’ютером для отримання тривимірного зображення поверхні зразка.
Повний консольний зонд поміщають на поверхню зразка, контрольованого п’єзоелектричним сканером, і сканують у трьох напрямках із шириною кроку 0,1 нм або менше з горизонтальною точністю. Як правило, під час детального сканування поверхні зразка (вісь XY) вісь Z-, керована зворотним зв’язком зміщення кантилевера, залишається фіксованою та незмінною. Значення осі Z-, які забезпечують зворотний зв’язок щодо реакції сканування, вводяться в комп’ютер для обробки, у результаті чого створюється спостережене зображення (3D-зображення) поверхні зразка.
Характеристики атомно-силової мікроскопії
1. Висока-роздільна здатність значно перевищує здатність скануючих електронних мікроскопів (SEM) і оптичних вимірювачів шорсткості. Тривимірні-дані на поверхні зразка відповідають все більш мікроскопічним вимогам досліджень, виробництва та перевірки якості.
2. Неруйнівний, сила взаємодії між зондом і поверхнею зразка становить менше 10-8Н, що набагато менше, ніж тиск традиційних вимірювачів шорсткості стилуса. Таким чином, це не пошкодить зразок і не існує проблеми пошкодження електронного променя при скануючій електронній мікроскопії. Крім того, скануюча електронна мікроскопія вимагає обробки покриття на непровідних зразках, тоді як атомно-силова мікроскопія цього не вимагає.
3. Він має широкий спектр застосувань і може бути використаний для спостереження за поверхнею, вимірювання розміру, вимірювання шорсткості поверхні, аналізу розміру частинок, статистичної обробки виступів і ямок, оцінки умов формування плівки, вимірювання кроку розміру захисних шарів, оцінки площинності міжшарових ізоляційних плівок, оцінки покриття VCD, оцінки процесу обробки тертям орієнтованих плівок, аналізу дефектів тощо.
4. Програмне забезпечення має потужні можливості обробки, і його розмір відображення 3D-зображення, кут огляду, колір дисплея та глянець можна вільно встановлювати. Можна вибрати мережу, контурні лінії та лінійні відображення. Макрокерування обробкою зображень, аналіз форми та шорсткості поперечного-перерізу, морфологічний аналіз та інші функції.
