Принцип работы атомно-силовой микроскопии и ее приложения.
Атомно-силовой микроскоп — это сканирующий зондовый микроскоп, разработанный на основе принципа сканирующего туннельного микроскопа. Появление атомно-силовой микроскопии, несомненно, сыграло движущую роль в развитии нанотехнологий. Сканирующая зондовая микроскопия, представленная атомно-силовой микроскопией, представляет собой общий термин для серии микроскопов, которые используют небольшой зонд для сканирования поверхности образца, обеспечивая тем самым наблюдения с большим увеличением. Сканирование АСМ предоставляет информацию о состоянии поверхности различных типов образцов. По сравнению с обычными микроскопами преимущество АСМ состоит в том, что с его помощью можно наблюдать поверхность образца при большом увеличении в атмосферных условиях, а также практически для всех образцов (при определенных требованиях к чистоте поверхности) без необходимости каких-либо другая подготовка образца для получения трехмерного топографического изображения поверхности образца. Отсканированное трехмерное изображение можно использовать для расчета шероховатости, толщины, ширины шага, коробчатой диаграммы или анализа зернистости.
Атомно-силовая микроскопия позволяет исследовать множество образцов, предоставляя данные для изучения поверхности, контроля производства или разработки процессов, которые не могут предоставить обычные сканирующие измерители шероховатости поверхности и электронные микроскопы.
Основной принцип
Атомно-силовая микроскопия использует силу взаимодействия (атомную силу) между поверхностью исследуемого образца и тонким наконечником зонда для измерения топографии поверхности.
Наконечник зонда находится на небольшом кантилевере тормозного излучения, и когда зонд касается поверхности образца, возникающее взаимодействие фиксируется в виде отклонения кантилевера. Расстояние между поверхностью образца и зондом менее 3-4 нм, а сила, фиксируемая между ними, менее 10-8 Н. Свет лазерного диода фокусируется на задней стороне кантилевера. Когда кантилевер изгибается под действием силы, отраженный свет отклоняется, используя угол отклонения биточувствительного фотодетектора. Собранные данные затем обрабатываются компьютером для получения трехмерного изображения поверхности образца.
Полный кантилеверный зонд, помещенный на поверхность образца под контролем пьезоэлектрического сканера, сканируется в трех направлениях с шагом 0,1 нм или менее на уровне точности. Как правило, смещение кантилевера остается фиксированным под действием оси Z управления с обратной связью при детальном перемещении поверхности образца (ось XY). В ответ на сканирование значение оси Z обратной связи вводится в компьютерную обработку, что приводит к наблюдению изображения поверхности образца (3D-изображения).
Особенности атомно-силового микроскопа
1. Возможности высокого разрешения намного превосходят возможности сканирующего электронного микроскопа (SEM), а также оптического прибора для определения шероховатости. Трехмерные данные на поверхности образца, отвечающие требованиям исследований, производства, контроля качества, становятся все более микроскопическими.
2. Неразрушающая сила взаимодействия зонда и поверхности образца 10-8 Н или меньше, что намного меньше, чем давление предыдущего инструмента для определения шероховатости иглы, поэтому образец не будет поврежден, электронный луч сканирующего электронного микроскопа отсутствует. повреждать. Кроме того, сканирующий электронный микроскоп требует покрытия непроводящих образцов, тогда как атомно-силовой микроскоп не требуется.
3. Широкий спектр применений, может использоваться для наблюдения за поверхностью, определения размера, определения шероховатости поверхности, анализа зернистости, выступов и ямок статистической обработки, оценки условий пленкообразования, размера защитного слоя определения этап, оценка плоскостности межслойной изолирующей пленки, оценка покрытия VCD, оценка фрикционной обработки процесса направленной пленки, анализ дефектов.
4. Мощные функции обработки программного обеспечения, трехмерное изображение отображает размер, угол обзора, цвет дисплея, блеск, которые можно свободно установить. И можно выбрать сеть, контур, отображение линий. Макроуправление обработкой изображений, анализ формы сечения и шероховатости, морфологический анализ и другие функции.
