Arbeidsprinsipp og anvendelser av atomkraftmikroskopi
Atomic force mikroskop er et skanningsprobemikroskop utviklet basert på de grunnleggende prinsippene for skanningstunnelmikroskop. 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. Atomkraftmikroskopisk skanning kan gi informasjon om overflatetilstand for ulike typer prøver. Sammenlignet med konvensjonelle mikroskoper er fordelen med atomkraftmikroskopi at den kan observere overflaten av prøver ved høy forstørrelse under atmosfæriske forhold, og kan brukes for nesten alle prøver (med visse krav til overflateglatthet), uten behov for andre prøveforberedende behandlinger, for å oppnå tredimensjonale morfologibilder av prøveoverflaten. Og den kan utføre grovhetsberegning, tykkelse, trinnbredde, blokkdiagram eller partikkelstørrelsesanalyse på det tredimensjonale morfologibildet oppnådd fra skanning.
Atomkraftmikroskopi kan oppdage mange prøver, gi data for overflateforskning og produksjonskontroll eller prosessutvikling, som
kan ikke tilveiebringes av konvensjonelle skanneoverflateruhetsmålere og elektronmikroskop.
1, 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 fleksibel utkrager, og interaksjonen som genereres når sonden kommer i kontakt med prøveoverflaten, detekteres i form av utkragende avbøyning. Avstanden mellom prøveoverflaten og sonden er mindre enn 3-4nm, og kraften som detekteres mellom dem er mindre enn 10-8N. Lyset fra laserdioden er fokusert på baksiden av utkrageren. Når utkrageren bøyer seg under påvirkning av kraft, avledes det reflekterte lyset, og en posisjonssensitiv fotodetektor brukes til å avlede vinkelen. 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 horisontal nøyaktighet. Vanligvis, når du skanner prøveoverflaten i detalj (XY-aksen), forblir Z-aksen kontrollert av forskyvningstilbakemeldingen til utkragingen fast og uendret. Z-akseverdiene som gir tilbakemelding på skanneresponsen blir lagt inn i datamaskinen for behandling, noe som resulterer i et observasjonsbilde (3D-bilde) av prøveoverflaten.
Kjennetegn ved atomkraftmikroskopi
1. Høyoppløsningsevnen overgår langt den til skanneelektronmikroskoper (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 gjør det.
3. Den har et bredt spekter av bruksområder og kan brukes til overflateobservasjon, størrelsesmåling, overflateruhetsmåling, partikkelstørrelsesanalyse, statistisk prosessering av fremspring og groper, evaluering av filmdannelsesforhold, størrelsestrinnmåling av beskyttende lag, flathetsevaluering av mellomlagsisolasjonsfilmer, VCD-beleggevaluering av friksjonsfilmer, evalueringsprosessanalyse av friksjonsfilmer, behandlingsverdi.
4. Programvaren har sterke prosesseringsmuligheter, og 3D-bildevisningsstørrelsen, visningsvinkelen, skjermfargen og glansen kan stilles inn fritt. Og nettverk, konturlinjer og linjevisninger kan velges. Makrostyring av bildebehandling, analyse av tverrsnittsform og ruhet, morfologianalyse og andre funksjoner.
