Atomivoimamikroskooppien toimintaperiaate ja sovellukset
1, Perusperiaatteet
Atomivoimamikroskopia käyttää vuorovaikutusvoimaa (atomivoimaa) näytteen pinnan ja hienon anturin kärjen välillä pinnan morfologian mittaamiseen.
Anturin kärki on pienessä joustavassa ulokkeessa, ja vuorovaikutus, joka syntyy, kun koetin koskettaa näytteen pintaa, havaitaan ulokkeen taipumana. Näytteen pinnan ja anturin välinen etäisyys on alle 3-4nm ja niiden välillä havaittu voima on alle 10-8N. Laserdiodin valo keskittyy ulokkeen takaosaan. Kun uloke taipuu voiman vaikutuksesta, heijastunut valo poikkeaa ja kulman taivuttamiseksi käytetään asentoherkkää valoilmaisinta. Sitten kerätyt tiedot käsitellään tietokoneella kolmiulotteisen kuvan saamiseksi näytteen pinnasta.
Täydellinen ulokeanturi asetetaan näytteen pinnalle, jota ohjataan pietsosähköisellä skannerilla ja skannataan kolmeen suuntaan askelleveydellä 0,1 nm tai vähemmän vaakasuuntaisella tarkkuudella. Yleensä skannattaessa näytteen pintaa yksityiskohtaisesti (XY-akseli), ulokkeen siirtymäpalautteen ohjaama Z--akseli pysyy kiinteänä ja muuttumattomana. Z--akselin arvot, jotka antavat palautetta skannausvasteesta, syötetään tietokoneeseen käsittelyä varten, jolloin saadaan havaintokuva (3D-kuva) näytepinnasta.
Atomivoimamikroskoopin ominaisuudet
1. Korkea-resoluutio ylittää huomattavasti pyyhkäisyelektronimikroskooppien (SEM) ja optisten karheusmittareiden kyvyn. Näytteen pinnalla olevat kolmiulotteiset tiedot täyttävät 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 pyyhkäisyelektronimikroskoopilla ole elektronisuihkuvaurioongelmia. Lisäksi pyyhkäisyelektronimikroskooppi vaatii pinnoituskäsittelyä johtamattomissa näytteissä, kun taas atomivoimamikroskopia ei.
3. Sillä on laaja valikoima sovelluksia ja sitä voidaan käyttää pinnan tarkkailuun, koon mittaamiseen, pinnan karheuden mittaamiseen, hiukkaskokoanalyysiin, ulkonemien ja kuoppien tilastolliseen käsittelyyn, kalvonmuodostusolosuhteiden arviointiin, suojakerrosten kokovaihemittaukseen, välikerroseristyskalvojen tasaisuuden arviointiin, VCD-pinnoitteen arviointiin, orientoitujen kalvojen kitkakäsittelyprosessin arviointiin, vikaanalyysiin jne.
4. Ohjelmistolla on vahvat prosessointiominaisuudet, ja sen 3D-kuvan näyttökoko, katselukulma, näytön väri ja kiilto voidaan asettaa vapaasti. Ja verkko, ääriviivat ja viivanäytöt voidaan valita. Kuvankäsittelyn makrohallinta, poikkileikkauksen muodon ja karheuden analysointi-, morfologia-analyysi ja muut toiminnot.
