Atomivoimamikroskopian toimintaperiaate ja sovellus
Atomivoimamikroskopia on pyyhkäisykoetinmikroskooppi, joka on kehitetty pyyhkäisytunnelimikroskoopin perusperiaatteelle. Atomivoimamikroskopian syntyminen oli epäilemättä johtava rooli nanoteknologian kehityksessä. Pyyhkäisyanturimikroskopia, jota edustaa atomivoimamikroskopia, on sarja mikroskooppeja, jotka skannaavat näytteen pinnan pienellä koettimella, mikä mahdollistaa suurennoshavainnon. Atomivoimamikroskooppiskannaus voi tarjota pintatilatietoja erityyppisistä näytteistä. Perinteisiin mikroskoopeihin verrattuna atomivoimamikroskopian etuna on se, että se pystyy tarkkailemaan näytteen pintaa suurella suurennuksella ilmakehän olosuhteissa ja sitä voidaan käyttää lähes kaikkiin näytteisiin (tiettyjen pinnan sileyden vaatimuksiin) ilman muita näytteen valmistusprosessit kolmiulotteisen morfologian kuvan saamiseksi näytteen pinnasta. Ja voi suorittaa karheuden, paksuuden, askelleveyden, lohkokaavion tai hiukkaskokoanalyysin skannauksesta saaduille 3D-morfologiakuville.
Atomivoimamikroskoopilla voidaan havaita monia näytteitä ja tuottaa tietoa pintatutkimukseen, tuotannon valvontaan tai prosessien kehittämiseen, mitä perinteiset pyyhkäisevät pinnan karheusmittarit ja elektronimikroskoopit eivät pysty tarjoamaan.
Perusperiaatteet
Atomivoimamikroskopia käyttää vuorovaikutusvoimaa (atomivoimaa) näytteen pinnan ja hienon anturin kärjen välillä pinnan morfologian mittaamiseen.
Anturin kärki on pienessä ulokkeessa ja vuorovaikutus, joka syntyy, kun koetin koskettaa näytteen pintaa, havaitaan ulokkeen taipumana. Näytteen pinnan ja anturin välinen etäisyys on pienempi kuin 3-4 nm ja niiden välillä havaittu voima on pienempi kuin 10-8 N. Laserdiodin valo kohdistetaan ulokkeen takaosaan. Kun uloke taivutetaan voiman vaikutuksesta, heijastunut valo poikkeaa ja poikkeutuskulman havaitsemiseen käytetään asentoherkkää valoilmaisinta. Sitten kerätyt tiedot käsitellään tietokoneella kolmiulotteisen kuvan saamiseksi näytteen pinnasta.
Täydellinen ulokeanturi asetetaan pietsosähköisellä skannerilla ohjatun näytteen pinnalle ja skannataan kolmeen suuntaan askelleveydellä 0,1 nm tai vähemmän. Yleensä skannattaessa näytteen pintaa yksityiskohtaisesti (XY-akseli), ulokkeen siirtymäpalautteen ohjaama Z-akseli pidetään kiinteänä ja muuttumattomana. Z-akselin arvot, jotka ovat palautetta skannausvasteeseen, syötetään tietokoneeseen käsittelyä varten, jolloin saadaan havaittu kuva (3D-kuva) näytteen pinnasta.
Atomivoimamikroskopian ominaisuudet
1. Korkean resoluution kyky ylittää huomattavasti pyyhkäisyelektronimikroskoopin (SEM) ja optisen karheusmittareiden. Näytteen pinnalla oleva kolmiulotteinen tieto täyttää yhä mikroskooppisemmat tutkimuksen, tuotannon ja laaduntarkastuksen vaatimukset.
2. Ei-hajottava, anturin ja näytteen pinnan välinen vuorovaikutusvoima on alle 10-8N, mikä on paljon pienempi kuin perinteisten kynän karheusmittareiden paine. Siksi se ei vahingoita näytettä, eikä pyyhkäisyelektromikroskopiassa ole elektronisuihkuvaurioongelmia. Lisäksi pyyhkäisyelektronimikroskooppi vaatii pinnoituskäsittelyä johtamattomissa näytteissä, kun taas atomivoimamikroskopia ei vaadi sitä.
3. Sillä on laaja valikoima sovelluksia ja sitä voidaan käyttää pinnan havainnointiin, koon mittaamiseen, pinnan karheuden mittaamiseen, hiukkaskokoanalyysiin, ulkonemien ja kuoppien tilastolliseen käsittelyyn, kalvonmuodostuksen olosuhteiden arviointiin, suojakerrosten kokovaihemittaukseen, tasaisuuden arviointiin. välikerroseristyskalvot, VCD-pinnoitteen arviointi, orientoitujen kalvojen kitkakäsittelyprosessin arviointi, vikaanalyysit jne.
4. Ohjelmistolla on vahvat prosessointiominaisuudet, ja sen 3D-kuvanäyttö voi vapaasti asettaa koon, perspektiivin, näytön värin ja kiillon. Ja verkko, ääriviivat ja viivanäytöt voidaan valita. Makrohallinta kuvankäsittelyssä, poikkileikkauksen muodon ja karheuden analysointi, morfologian analyysi ja muut toiminnot.
