Arbeidsprinsippet og anvendelsen av atomkraftmikroskopi
Atomkraftmikroskopi er et skanningsprobemikroskop utviklet basert på det grunnleggende prinsippet for skanningstunnelmikroskopi. Fremveksten av atomkraftmikroskopi spilte utvilsomt en drivende rolle i utviklingen av nanoteknologi. Skanneprobemikroskopi, representert ved atomkraftmikroskopi, er en serie mikroskoper som bruker en liten sonde til å skanne overflaten av en prøve, og gir observasjon med høy forstørrelse. Skanning med atomkraftmikroskopi kan gi informasjon om overflatetilstand for ulike typer prøver. Sammenlignet med konvensjonelle mikroskoper er fordelen med atomkraftmikroskopi at den kan observere overflaten av prøven ved høy forstørrelse under atmosfæriske forhold, og kan brukes til nesten alle prøver (med visse krav til overflateglatthet), uten behov for andre prøveforberedelsesprosesser, for å oppnå et tredimensjonalt morfologibilde av prøveoverflaten. Og kan utføre grovhetsberegning, tykkelse, trinnbredde, blokkdiagram eller partikkelstørrelsesanalyse på 3D-morfologibildene oppnådd fra skanning.
Atomkraftmikroskopi kan oppdage mange prøver og gi data for overflateforskning, produksjonskontroll eller prosessutvikling, som konvensjonelle skanneoverflateruhetsmålere og elektronmikroskoper ikke kan gi.
Grunnleggende prinsipper
Atomkraftmikroskopi bruker interaksjonskraften (atomkraften) mellom overflaten av en prøve og spissen av en fin sonde for å måle overflatemorfologien.
Probespissen er på en liten utkrager, og interaksjonen som genereres når sonden kommer i kontakt med overflaten av prøven detekteres i form av utkragende avbøyning. Avstanden mellom prøveoverflaten og sonden er mindre enn 3-4 nm, og kraften detektert mellom dem er mindre enn 10-8 N. Lyset fra laserdioden fokuseres på baksiden av utkrageren. Når utkrageren bøyes under påvirkning av kraft, avbøyes det reflekterte lyset, og en posisjonssensitiv fotodetektor brukes til å oppdage avbøyningsvinkelen. Deretter blir de innsamlede dataene behandlet av en datamaskin for å oppnå et tredimensjonalt bilde av prøveoverflaten.
En komplett cantilever-sonde plasseres på overflaten av prøven kontrollert av en piezoelektrisk skanner og skannes i tre retninger med en trinnbredde på 0.1 nm eller mindre i nøyaktighet. Vanligvis, når du skanner prøveoverflaten i detalj (XY-aksen), holdes Z-aksen kontrollert av forskyvningstilbakemeldingen til utkragingen fast og uendret. Z-akseverdiene, som er tilbakemelding til skanningsresponsen, legges inn i datamaskinen for behandling, noe som resulterer i et observert bilde (3D-bilde) av prøveoverflaten.
Egenskapene til atomkraftmikroskopi
1. Den høye oppløsningsevnen overgår langt den til skanneelektronmikroskopi (SEM) og optiske ruhetsmålere. De tredimensjonale dataene på overflaten av prøven oppfyller de stadig mer mikroskopiske kravene til forskning, produksjon og kvalitetskontroll.
2. Ikke-destruktiv, interaksjonskraften mellom sonden og prøveoverflaten er under 10-8N, som er mye lavere enn trykket til tradisjonelle pekepennruhetsmålere. Derfor vil det ikke skade prøven, og det er ingen elektronstråleskadeproblem ved skanning av elektronmikroskopi. I tillegg krever skanningselektronmikroskopi beleggbehandling på ikke-ledende prøver, mens atomkraftmikroskopi ikke krever det.
3. Den har et bredt spekter av bruksområder og kan brukes til overflateobservasjon, størrelsesmåling, overflateruhetsmåling, partikkelstørrelsesanalyse, statistisk prosessering av fremspring og groper, vurdering av filmdannelsestilstand, størrelsestrinnmåling av beskyttende lag, flathetsevaluering av mellomlags isolasjonsfilmer, VCD-beleggevaluering, friksjonsbehandlingsprosessevaluering av orienterte filmer, defektanalyse, etc.
4. Programvaren har sterke prosesseringsmuligheter, og 3D-bildevisningen kan fritt stille inn størrelse, perspektiv, skjermfarge og glans. Og nettverk, konturlinjer og linjevisninger kan velges. Makrohåndtering i bildebehandling, analyse av tverrsnittsform og ruhet, morfologianalyse og andre funksjoner.
