Atomivoimamikroskooppi ja sen sovellus
Atomivoimamikroskooppi on pyyhkäisykoetinmikroskooppi, joka on kehitetty pyyhkäisytunnelimikroskoopin perusperiaatteesta. Atomivoimamikroskoopin syntyminen on epäilemättä edistänyt nanoteknologian kehitystä. Pyyhkäisykoetinmikroskooppi, jota edustaa atomivoimamikroskooppi, on yleinen termi sarjalle mikroskooppeja, jotka skannaavat pienellä koettimella näytteen pintaa suurennoshavainnon aikaansaamiseksi. AFM-skannaus voi antaa tietoa erityyppisten näytteiden pinnan tilasta. Perinteisiin mikroskoopeihin verrattuna atomivoimamikroskopian etuna on, että se pystyy tarkkailemaan näytteen pintaa suurella suurennuksella ilmakehän olosuhteissa, ja sitä voidaan käyttää lähes kaikkiin näytteisiin (tiettyjen pinnan viimeistelyvaatimusten mukaisesti) ilman muuta näytteenkäsittelyprosessia, näytteen pinta voidaan saada 3D-kuva . Se voi myös suorittaa skannatulle 3D-topografiakuvalle karheuslaskennan, paksuuden, askelleveyden, lohkokaavion tai hiukkaskoon analyysin.
AFM pystyy havaitsemaan monia näytteitä ja tarjoamaan dataa pintatutkimukseen ja tuotannon valvontaan tai prosessien kehittämiseen, mitä ei pysty tarjoamaan tavanomaisilla pyyhkäisypinnan karheusmittareilla ja elektronimikroskopeilla.
1. Perusperiaatteet
Atomivoimamikroskooppi käyttää vuorovaikutusvoimaa (atomivoimaa) havaintonäytteen pinnan ja pienen anturin kärjen välillä pinnan topografian mittaamiseen.
Anturin kärki on pienessä joustavassa ulokkeessa, ja kun anturi koskettaa näytteen pintaa, tuloksena oleva vuorovaikutus havaitaan ulokkeen taipuman muodossa. Näytteen pinnan ja anturin välinen etäisyys on pienempi kuin 3-4nm, ja niiden välillä havaittu voima on pienempi kuin 10-8N. Laserdiodin valo keskittyy ulokkeen takaosaan. Kun uloke taipuu voiman vaikutuksesta, heijastunut valo poikkeutetaan käyttämällä paikkaherkkää valoilmaisimen poikkeutuskulmaa. Sitten kerätyt tiedot käsitellään tietokoneella kolmiulotteisen kuvan saamiseksi näytteen pinnasta.
Täydellinen ulokeanturi asetetaan pietsosähköisen skannerin ohjaaman näytteen pinnalle ja skannataan kolmeen suuntaan askelleveydellä 0,1 nm tai vähemmän. Tyypillisesti ulokkeen siirtymän takaisinkytkentäohjattu Z-akseli pysyy vakiona, kun yksityiskohtainen skannaus (XY-akseli) suoritetaan näytepinnalle. Z-akselin arvo, joka on skannausvasteen palaute, syötetään tietokoneeseen käsittelyä varten ja saadaan näytepinnan havaintokuva (3D-kuva).
Toiseksi atomivoimamikroskoopin ominaisuudet
1. Korkean resoluution ominaisuudet ylittävät huomattavasti pyyhkäisyelektronimikroskooppien (SEM) ja optisten karheusmittareiden ominaisuudet. Näytepinnan kolmiulotteinen data täyttää tutkimuksen, tuotannon ja laaduntarkastuksen yhä mikroskooppisemmat vaatimukset.
2. Ei-hajottava, anturin ja näytteen pinnan välinen vuorovaikutusvoima on pienempi kuin 10-8N, mikä on paljon pienempi kuin edellisen kynän karheusmittarin paine, joten se ei vahingoita näytettä, ja ei ole elektronisuihkuvaurion ongelma pyyhkäisyelektronimikroskoopissa. Lisäksi pyyhkäisyelektronimikroskooppi vaatii johtamattomien näytteiden pinnoittamista, kun taas atomivoimamikroskopia ei.
3. Sitä voidaan käyttää monenlaisissa sovelluksissa, kuten pinnan havainnointi, koon mittaus, pinnan karheuden mittaus, hiukkaskokoanalyysi, ulkonemien ja kuoppien tilastollinen käsittely, kalvonmuodostusolosuhteiden arviointi, suojakerroksen kokovaiheiden mittaus, tasaisuus kerrosten välisten eristyskalvojen arviointi, VCD-pinnoitteen arviointi, orientoidun kalvon kitkakäsittelyprosessin arviointi, vikaanalyysi jne.
4. Ohjelmistossa on vahvat prosessointitoiminnot, ja sen kolmiulotteinen kuvan näyttökoko, katselukulma, näytön väri ja kiilto voidaan asettaa vapaasti. Ja voi valita verkon, ääriviivan, viivanäytön. Kuvankäsittelyn makrohallinta, poikkileikkauksen muoto- ja karheusanalyysi, topografia-analyysi ja muut toiminnot.
