Атомно-силовой микроскоп лазерного обнаружения
Основной принцип атомно-силовой микроскопии заключается в фиксации одного конца микрокантилевера, чрезвычайно чувствительного к слабым силам, а на другом конце имеется крошечный кончик иглы. Кончик иглы слегка касается поверхности образца. Из-за чрезвычайно слабой силы отталкивания между атомами на кончике иглы и атомами на поверхности образца микрокантилевер с кончиком иглы будет колебаться и двигаться в направлении, перпендикулярном поверхности образца, управляя постоянной силу во время сканирования. Используя методы оптического обнаружения или обнаружения туннельного тока, можно измерить изменения положения микрокантилевера, соответствующие точкам сканирования, тем самым получая информацию о морфологии поверхности образца. Далее мы возьмем атомно-силовой микроскоп (лазерный АСМ), широко используемое семейство сканирующих зондовых микроскопов, в качестве примера, чтобы подробно объяснить принцип его работы.
Лазерный луч, излучаемый лазерным диодом, фокусируется на задней части кантилевера через оптическую систему и отражается от задней части кантилевера на детектор положения пятна, состоящий из фотодиодов. Во время сканирования образца из-за силы взаимодействия между атомами на поверхности образца и атомами на кончике зонда микрокантилевера микрокантилевер будет изгибаться и колебаться в зависимости от морфологии поверхности образца, а отраженный луч также будет смещаться. соответственно. Таким образом, регистрируя изменения положения светового пятна с помощью фотодиода, можно получить информацию о морфологии поверхности тестируемого образца.
На протяжении всего процесса обнаружения и визуализации системы расстояние между зондом и испытуемым образцом всегда поддерживается на уровне нанометров (10-9 метров). Если расстояние слишком велико, информацию о поверхности образца получить невозможно. Если расстояние слишком маленькое, это приведет к повреждению зонда и испытуемого образца. Функция петли обратной связи состоит в том, чтобы получить силу взаимодействия зонда с образцом от зонда во время рабочего процесса, изменить напряжение, приложенное в вертикальном направлении сканера образца, чтобы образец расширялся и сжимался, регулировать расстояние между зондом и испытуемым образцом и, в свою очередь, контролировать силу взаимодействия зонда с образцом, достигая управления по обратной связи. Таким образом, управление с обратной связью является основным рабочим механизмом этой системы.
В этой системе используется контур управления с цифровой обратной связью. Пользователи могут управлять характеристиками контура обратной связи, устанавливая несколько параметров, таких как опорный ток, интегральный коэффициент усиления и пропорциональный коэффициент усиления, на панели инструментов управляющего программного обеспечения.
Атомно-силовая микроскопия — аналитический прибор, используемый для изучения структуры поверхности твердых материалов, в том числе изоляторов. В основном используемый для измерения морфологии поверхности, поверхностного потенциала, силы трения, вязкоупругости и кривой I/V материалов, это мощный новый инструмент для характеристики свойств поверхности материалов. Кроме того, этот инструмент также имеет такие функции, как наноманипуляции и электрохимические измерения.
