Principiul de funcționare și aplicarea microscopiei cu forță atomică
Microscopia cu forță atomică este un microscop cu sondă de scanare dezvoltat pe baza principiului de bază al microscopiei 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. În comparație cu microscoapele convenționale, avantajul microscopiei cu forță atomică este că poate observa suprafața probei la o mărire mare în condiții atmosferice și poate fi utilizată pentru aproape toate probele (cu anumite cerințe pentru netezimea suprafeței), fără a fi nevoie de alte procese de preparare a probei, pentru a obține o imagine morfologică tridimensională a suprafeței probei. Și poate efectua calcularea rugozității, grosimea, lățimea pasului, diagrama bloc sau analiza dimensiunii particulelor pe imaginile morfologice 3D obținute în urma scanării.
Microscopia cu forță atomică poate detecta multe eșantioane și poate furniza date pentru cercetarea suprafeței, controlul producției sau dezvoltarea proceselor, pe care contoarele de scanare convenționale pentru rugozitatea suprafeței și microscoapele electronice nu le pot oferi.
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 cantilever mic, 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 3-4 nm, iar forța detectată între ele este mai mică de 10-8 N. Lumina de la dioda laser este focalizată pe partea din spate a consolei. Când cantileverul este îndoit sub acțiunea forței, lumina reflectată se deviază și se folosește un fotodetector sensibil la poziție pentru a detecta unghiul de deviere. 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. În general, la scanarea în detaliu a suprafeței probei (axa XY), axa Z controlată de feedback-ul de deplasare al consolei este menținută fixă și neschimbată. Valorile axei Z, care sunt feedback la răspunsul de scanare, sunt introduse în computer pentru procesare, rezultând o imagine observată (imagine 3D) a suprafeței probei.
Caracteristicile microscopiei cu forță atomică
1. Capacitatea de înaltă rezoluție o depășește cu mult pe cea a microscopiei electronice cu scanare (SEM) și a contoarelor de rugozitate optică. Datele tridimensionale de pe suprafața probei îndeplinesc cerințele tot mai microscopice ale cercetării, producției și inspecției calității.
2. Nedistructiv, forța de interacțiune dintre sondă și suprafața eșantionului este sub 10-8N, ceea ce este mult mai scăzut decât presiunea aparatelor de rugozitate tradiționale cu stilou. Prin urmare, nu va deteriora proba și nu există nicio problemă de deteriorare a fasciculului de electroni în microscopia electronică de scanare. În plus, microscopia electronică cu scanare necesită tratament de acoperire pe probe neconductoare, în timp ce microscopia cu forță atomică nu necesită acest lucru.
3. Are o gamă largă de aplicații și poate fi utilizat pentru observarea suprafeței, măsurarea dimensiunii, măsurarea rugozității suprafeței, analiza mărimii particulelor, procesarea statistică a proeminențelor și gropilor, evaluarea stării de formare a filmului, măsurarea pasului de dimensiune a straturilor de protecție, evaluarea planeității pelicule de izolare interstrat, evaluarea acoperirii VCD, evaluarea procesului de tratament prin frecare a filmelor orientate, analiza defectelor etc.
4. Software-ul are capacități puternice de procesare, iar afișarea imaginii 3D își poate seta liber dimensiunea, perspectiva, culoarea afișajului și luciul. Și rețeaua, liniile de contur și afișajele de linii pot fi selectate. Managementul macro în procesarea imaginilor, analiza formei și rugozității secțiunii transversale, analiza morfologiei și alte funcții.
