Principiul de lucru și aplicațiile microscoapelor de forță atomică
Microscopul de forță atomică este un microscop cu sondă de scanare dezvoltat pe baza principiilor de bază ale microscopului de scanare cu tunel. Apariția microscopiei cu forță atomică a jucat, fără îndoială, un rol determinant în dezvoltarea nanotehnologiei. Microscopia cu sondă de scanare, reprezentată de microscopia cu forță atomică, este o serie de microscoape care utilizează o sondă mică pentru a scana suprafața unei probe, oferind observație cu mărire mare. Scanarea cu microscopie cu forță atomică poate oferi informații despre starea suprafeței diferitelor tipuri de probe. Comparativ cu microscoapele convenționale, avantajul microscopiei cu forță atomică este că poate observa suprafața probelor la o mărire ridicată în condiții atmosferice și poate fi utilizată pentru aproape toate probele (cu anumite cerințe pentru netezimea suprafeței), fără a fi nevoie de alte tratamente de pregătire a probei, pentru a obține imagini morfologice tridimensionale ale suprafeței probei. Și poate efectua calcularea rugozității, grosimii, lățimii pasului, diagramei bloc sau analizei dimensiunii particulelor pe imaginea morfologică tridimensională obținută în urma scanării.
Microscopia cu forță atomică poate detecta multe eșantioane, poate furniza date pentru cercetarea suprafeței și controlul producției sau dezvoltarea procesului, care nu pot fi furnizate de contoarele convenționale de scanare a rugozității suprafeței și microscoapele electronice.
1, Principii de bază
Microscopia cu forță atomică folosește forța de interacțiune (forța atomică) dintre suprafața unei probe și vârful unei sonde fine pentru a măsura morfologia suprafeței.
Vârful sondei se află pe un mic cantilever flexibil, iar interacțiunea generată atunci când sonda intră în contact cu suprafața probei este detectată sub formă de deflexie cantilever. Distanța dintre suprafața probei și sondă este mai mică de 3-4nm, iar forța detectată între ele este mai mică de 10-8N. Lumina de la dioda laser este focalizată pe partea din spate a consolei. Când cantileverul se îndoaie sub acțiunea forței, lumina reflectată este deviată și un fotodetector sensibil la poziție este utilizat pentru a devia unghiul. Apoi, datele colectate sunt procesate de un computer pentru a obține o imagine tridimensională a suprafeței probei.
O sondă cantilever completă este plasată pe suprafața probei controlată de un scaner piezoelectric și scanată în trei direcții cu o lățime a pasului de 0,1 nm sau mai puțin în precizie orizontală. În general, la scanarea în detaliu a suprafeței probei (axa XY), axa Z-controlată de feedback-ul de deplasare al consolei rămâne fixă și neschimbată. Valorile axei Z-care oferă feedback asupra răspunsului de scanare sunt introduse în computer pentru procesare, rezultând o imagine de observație (imagine 3D) a suprafeței probei.
