Принцип работы и применение атомно-силовых микроскопов
1. Основные принципы
Атомно-силовая микроскопия использует силу взаимодействия (атомную силу) между поверхностью образца и кончиком тонкого зонда для измерения морфологии поверхности.
Наконечник зонда находится на небольшом гибком кантилевере, и взаимодействие, возникающее при контакте зонда с поверхностью образца, обнаруживается в форме отклонения кантилевера. Расстояние между поверхностью образца и зондом составляет менее 3-4 нм, а сила, обнаруживаемая между ними, составляет менее 10-8 Н. Свет лазерного диода фокусируется на задней части кантилевера. Когда кантилевер изгибается под действием силы, отраженный свет отклоняется, и для отклонения угла используется позиционно-чувствительный фотодетектор. Затем собранные данные обрабатываются на компьютере для получения трехмерного изображения поверхности образца.
Комплектный кантилеверный зонд размещается на поверхности образца, контролируемой пьезоэлектрическим сканером, и сканируется в трех направлениях с шириной шага 0,1 нм или менее с точностью по горизонтали. Обычно при детальном сканировании поверхности образца (ось XY) ось Z-, управляемая обратной связью смещения кантилевера, остается фиксированной и неизменной. Значения оси Z-, которые обеспечивают обратную связь по отклику сканирования, вводятся в компьютер для обработки, в результате чего получается изображение наблюдения (3D-изображение) поверхности образца.
Характеристики атомно-силовой микроскопии
1. Высокая-разрешающая способность намного превосходит возможности сканирующих электронных микроскопов (SEM) и оптических измерителей шероховатости. Трехмерные данные-на поверхности образца отвечают все более микроскопическим требованиям исследований, производства и контроля качества.
2. Неразрушающий, сила взаимодействия между зондом и поверхностью образца составляет менее 10-8N, что намного ниже, чем давление традиционных измерителей шероховатости щупа. Следовательно, это не повредит образец, и при сканирующей электронной микроскопии не возникает проблем с повреждением электронного луча. Кроме того, сканирующая электронная микроскопия требует нанесения покрытий на непроводящие образцы, а атомно-силовая микроскопия - нет.
3. Он имеет широкий спектр применения и может использоваться для наблюдения за поверхностью, измерения размера, измерения шероховатости поверхности, анализа размера частиц, статистической обработки выступов и ямок, оценки условий формирования пленки, измерения шага размера защитных слоев, оценки плоскостности межслойных изоляционных пленок, оценки VCD-покрытия, оценки процесса фрикционной обработки ориентированных пленок, анализа дефектов и т. д.
4. Программное обеспечение обладает мощными возможностями обработки, а его размер отображения 3D-изображения, угол обзора, цвет дисплея и блеск можно свободно устанавливать. Можно выбрать сеть, контурные линии и линии отображения. Макроуправление обработкой изображений, анализ-формы и шероховатости поперечного сечения, морфологический анализ и другие функции.
