Принцип роботи та застосування атомно-силових мікроскопів
Атомно-силовий мікроскоп — скануючий зондовий мікроскоп, розроблений на основі основних принципів скануючого тунельного мікроскопа. Поява атомно-силової мікроскопії, безсумнівно, зіграла рушійну роль у розвитку нанотехнологій. Скануюча зондова мікроскопія, представлена атомно-силовою мікроскопією, — це серія мікроскопів, які використовують невеликий зонд для сканування поверхні зразка, забезпечуючи спостереження під великим збільшенням. Сканування за допомогою атомно-силової мікроскопії може надати інформацію про стан поверхні різних типів зразків. Порівняно зі звичайними мікроскопами перевага атомно-силової мікроскопії полягає в тому, що вона може спостерігати поверхню зразків із великим збільшенням за атмосферних умов і може використовуватися майже для всіх зразків (з певними вимогами до гладкості поверхні), без потреби в інших процедурах підготовки зразків, щоб отримати три-вимірні морфологічні зображення поверхні зразка. І він може виконувати обчислення шорсткості, товщини, ширини кроку, блок-схему або аналіз розміру частинок на три-вимірному морфологічному зображенні, отриманому в результаті сканування.
Атомно-силова мікроскопія може виявляти багато зразків, надавати дані для дослідження поверхні та контролю виробництва або розвитку процесу, чого не можуть забезпечити звичайні скануючі вимірювачі шорсткості поверхні та електронні мікроскопи.
1, Основні принципи
Атомно-силова мікроскопія використовує силу взаємодії (атомну силу) між поверхнею зразка та кінчиком тонкого зонда для вимірювання морфології поверхні.
Кінчик зонда знаходиться на невеликій гнучкій консолі, і взаємодія, що виникає, коли зонд контактує з поверхнею зразка, виявляється у формі 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.
