Атомно-силов микроскоп и неговото приложение
Микроскопът с атомна сила е сканиращ сондов микроскоп, разработен въз основа на основния принцип на сканиращия тунелен микроскоп. Появата на атомно-силовия микроскоп несъмнено е изиграла роля в насърчаването на развитието на нанотехнологиите. Сканиращият сондов микроскоп, представен от атомно-силовия микроскоп, е общ термин за поредица от микроскопи, които използват малка сонда за сканиране на повърхността на пробата, за да осигурят наблюдение с голямо увеличение. AFM сканирането може да предостави информация за състоянието на повърхността на различни видове проби. В сравнение с конвенционалните микроскопи, предимството на атомно-силовата микроскопия е, че може да наблюдава повърхността на пробата при голямо увеличение при атмосферни условия и може да се използва за почти всички проби (с определени изисквания за повърхностно покритие), без друга обработка за подготовка на пробата, повърхността на пробата може да се получи 3D изображение на . Той може също така да извършва изчисляване на грапавостта, дебелината, ширината на стъпката, блокова диаграма или анализ на размера на частиците върху сканираното 3D топографско изображение.
AFM може да открие много проби и да предостави данни за изследване на повърхността и контрол на производството или разработване на процеси, които не могат да бъдат предоставени от конвенционалните сканиращи измерватели на грапавостта на повърхността и електронните микроскопи.
1. Основни принципи
Микроскопът с атомна сила използва силата на взаимодействие (атомна сила) между повърхността на пробата за откриване и малкия връх на сондата, за да измери топографията на повърхността.
Върхът на сондата е върху малка гъвкава конзола и когато сондата докосне повърхността на пробата, полученото взаимодействие се открива под формата на отклонение на конзолата. Разстоянието между повърхността на пробата и сондата е по-малко от 3-4nm и силата, открита между тях, е по-малка от 10-8N. Светлината от лазерен диод се фокусира върху гърба на конзолата. Когато конзолата се огъне под силата, отразената светлина се отклонява с помощта на чувствителен към позицията ъгъл на отклонение на фотодетектора. След това събраните данни се обработват от компютър, за да се получи триизмерно изображение на повърхността на пробата.
Пълната конзолна сонда се поставя върху повърхността на пробата, контролирана от пиезоелектричния скенер, и се сканира в три посоки с ширина на стъпка от 0.1nm или по-малко. Обикновено Z-осът, контролиран с обратна връзка от изместването на конзолата, остава постоянен, докато върху повърхността на пробата се извършва подробно сканиране (XY-ос). Стойността на Z-ос, която е обратната връзка на реакцията на сканиране, се въвежда в компютъра за обработка и се получава изображението за наблюдение (3D изображение) на повърхността на пробата.
Второ, характеристиките на микроскопа за атомна сила
1. Възможностите за висока разделителна способност далеч надхвърлят тези на сканиращите електронни микроскопи (SEM) и оптичните измерватели на грапавост. Триизмерните данни на повърхността на пробата отговарят на все по-микроскопичните изисквания на изследванията, производството и проверката на качеството.
2. Неразрушителна, силата на взаимодействие между сондата и повърхността на пробата е по-малка от 10-8N, което е много по-ниско от налягането на предишния грапав метър на иглата, така че няма да повреди пробата и там няма проблем с повреда на електронния лъч в сканиращия електронен микроскоп. В допълнение, сканиращата електронна микроскопия изисква покритие на непроводими проби, докато атомно-силовата микроскопия не изисква.
3. Може да се използва в широк спектър от приложения, като наблюдение на повърхността, измерване на размера, измерване на грапавостта на повърхността, анализ на размера на частиците, статистическа обработка на издатини и ями, оценка на условията за образуване на филм, измерване на стъпките на размера на защитния слой, плоскост оценка на междинни слоеве изолационни филми, оценка на VCD покритие, оценка на процеса на третиране с триене на ориентиран филм, анализ на дефекти и др.
4. Софтуерът има силни функции за обработка и размерът на дисплея на триизмерното изображение, ъгълът на видимост, цветът на дисплея и гланцът могат да се задават свободно. И може да избира мрежа, контурна линия, линейно показване. Макро управление на обработката на изображения, анализ на формата и грапавостта на напречното сечение, анализ на топографията и други функции.
