Атомно-силовой микроскоп и его применение
Атомно-силовой микроскоп представляет собой сканирующий зондовый микроскоп, разработанный на основе основного принципа сканирующего туннельного микроскопа. Появление атомно-силового микроскопа, несомненно, сыграло роль в развитии нанотехнологий. Сканирующий зондовый микроскоп, представленный атомно-силовым микроскопом, является общим термином для серии микроскопов, в которых используется небольшой зонд для сканирования поверхности образца для обеспечения наблюдения с большим увеличением. АСМ-сканирование может предоставить информацию о состоянии поверхности различных типов образцов. Преимущество атомно-силовой микроскопии по сравнению с обычными микроскопами состоит в том, что она позволяет наблюдать поверхность образца при большом увеличении в атмосферных условиях и может быть использована практически для всех образцов (с определенными требованиями к чистоте поверхности), без другой обработки пробоподготовки, поверхности образца можно получить 3D-изображение. Он также может выполнять расчет шероховатости, толщины, ширины шага, блок-схемы или анализа размера частиц на отсканированном трехмерном топографическом изображении.
АСМ может обнаруживать множество образцов и предоставлять данные для исследования поверхности и контроля производства или разработки процессов, которые не могут быть получены с помощью обычных сканирующих измерителей шероховатости поверхности и электронных микроскопов.
1. Основные принципы
Атомно-силовой микроскоп использует силу взаимодействия (атомную силу) между поверхностью образца для обнаружения и крошечным наконечником зонда для измерения топографии поверхности.
Наконечник зонда находится на небольшом гибком кантилевере, и когда зонд касается поверхности образца, возникающее взаимодействие регистрируется в виде отклонения кантилевера. Расстояние между поверхностью образца и зондом меньше 3-4нм, а сила, обнаруженная между ними, меньше 10-8Н. Свет от лазерного диода фокусируется на задней части кантилевера. Когда кантилевер изгибается под действием силы, отраженный свет отклоняется за счет угла отклонения фотодетектора, чувствительного к положению. Затем собранные данные обрабатываются компьютером для получения трехмерного изображения поверхности образца.
Полный кантилеверный зонд помещается на поверхность образца, контролируемого пьезоэлектрическим сканером, и сканируется в трех направлениях с шириной шага 0,1 нм или меньше. Как правило, ось Z смещения кантилевера, управляемая обратной связью, остается постоянной, в то время как выполняется детальное сканирование (ось XY) поверхности образца. Значение по оси Z, которое является обратной связью отклика на сканирование, вводится в компьютер для обработки, и получается изображение наблюдения (трехмерное изображение) поверхности образца.
Во-вторых, характеристики атомно-силового микроскопа
1. Возможности высокого разрешения намного превосходят возможности сканирующих электронных микроскопов (СЭМ) и оптических измерителей шероховатости. Трехмерные данные поверхности образца отвечают все более микроскопическим требованиям исследований, производства и контроля качества.
2. Неразрушающий, сила взаимодействия между зондом и поверхностью образца меньше, чем 10-8 Н, что намного ниже, чем давление предыдущего измерителя шероховатости щупа, поэтому он не повредит образец, и там не проблема повреждения электронного луча в сканирующем электронном микроскопе. Кроме того, сканирующая электронная микроскопия требует покрытия непроводящих образцов, а атомно-силовая микроскопия - нет.
3. Его можно использовать в широком спектре приложений, таких как наблюдение за поверхностью, измерение размера, измерение шероховатости поверхности, анализ размера частиц, статистическая обработка выступов и ямок, оценка условий формирования пленки, измерение шага размера защитного слоя, плоскостность. оценка межслойных изоляционных пленок, оценка покрытия VCD, оценка процесса фрикционной обработки ориентированной пленки, анализ дефектов и т. д.
4. Программное обеспечение имеет мощные функции обработки, а его размер трехмерного изображения, угол обзора, цвет дисплея и глянец могут быть установлены свободно. И можно выбрать сеть, контурную линию, отображение линии. Макроуправление обработкой изображений, анализ формы и шероховатости поперечного сечения, анализ топографии и другие функции.
