میکروسکوپ نیروی اتمی و کاربرد آن
میکروسکوپ نیروی اتمی یک میکروسکوپ کاوشگر روبشی است که از اصل اولیه میکروسکوپ تونل زنی روبشی ساخته شده است. پیدایش میکروسکوپ نیروی اتمی بدون شک نقش مهمی در ارتقای توسعه فناوری نانو داشته است. میکروسکوپ کاوشگر روبشی نشان داده شده توسط میکروسکوپ نیروی اتمی یک اصطلاح کلی برای مجموعه ای از میکروسکوپ ها است که از یک کاوشگر کوچک برای اسکن روی سطح نمونه برای ارائه مشاهدات با بزرگنمایی بالا استفاده می کنند. اسکن AFM می تواند اطلاعاتی در مورد وضعیت سطح انواع مختلف نمونه ها ارائه دهد. در مقایسه با میکروسکوپهای معمولی، مزیت میکروسکوپ نیروی اتمی این است که میتواند سطح نمونه را با بزرگنمایی بالا در شرایط جوی مشاهده کند و تقریباً برای همه نمونهها (با الزامات خاصی برای پرداخت سطح)، بدون پردازش دیگر آمادهسازی نمونه، استفاده شود. سطح نمونه را می توان تصویر 3 بعدی از . همچنین می تواند محاسبه زبری، ضخامت، عرض گام، بلوک دیاگرام یا تجزیه و تحلیل اندازه ذرات را بر روی تصویر توپوگرافی سه بعدی اسکن شده انجام دهد.
AFM میتواند بسیاری از نمونهها را شناسایی کند و دادههایی را برای تحقیقات سطحی و کنترل تولید یا توسعه فرآیند ارائه دهد، که توسط زبری سنجهای روبشی معمولی و میکروسکوپهای الکترونی قابل ارائه نیستند.
1. اصول اولیه
میکروسکوپ نیروی اتمی از نیروی برهمکنش (نیروی اتمی) بین سطح نمونه تشخیص و نوک پروب کوچک برای اندازه گیری توپوگرافی سطح استفاده می کند.
نوک پروب روی یک کنسول انعطاف پذیر کوچک قرار دارد و هنگامی که کاوشگر سطح نمونه را لمس می کند، برهمکنش حاصل به شکل انحراف کنسول تشخیص داده می شود. فاصله بین سطح نمونه و پروب کمتر از 3-4nm است و نیروی تشخیص داده شده بین آنها کمتر از 10-8N است. نور یک دیود لیزر در پشت کنسول متمرکز می شود. هنگامی که کنسول تحت فشار خم می شود، نور منعکس شده با استفاده از زاویه انحراف آشکارساز نوری حساس به موقعیت منحرف می شود. سپس داده های جمع آوری شده توسط کامپیوتر پردازش می شود تا تصویری سه بعدی از سطح نمونه بدست آید.
پروب کامل کنسول روی سطح نمونه که توسط اسکنر پیزوالکتریک کنترل می شود قرار می گیرد و در سه جهت با عرض پله 0.1 نانومتر یا کمتر اسکن می شود. به طور معمول، محور Z کنترل شده با بازخورد جابجایی کنسول ثابت می ماند در حالی که اسکن دقیق (محور XY) روی سطح نمونه انجام می شود. مقدار محور Z که بازخورد پاسخ اسکن است برای پردازش به رایانه وارد می شود و تصویر مشاهده (تصویر سه بعدی) سطح نمونه به دست می آید.
دوم، ویژگی های میکروسکوپ نیروی اتمی
1. قابلیتهای وضوح بالا بسیار بیشتر از میکروسکوپهای الکترونی روبشی (SEM) و زبریسنجهای نوری است. داده های سه بعدی سطح نمونه با نیازهای میکروسکوپی فزاینده تحقیق، تولید و بازرسی کیفیت مطابقت دارد.
2. غیر مخرب، نیروی فعل و انفعال بین پروب و سطح نمونه کمتر از 10-8N است که بسیار کمتر از فشار زبری سنج قلم قبلی است، بنابراین به نمونه آسیب نمی رساند و در آنجا مشکل آسیب پرتو الکترونی در میکروسکوپ الکترونی روبشی وجود ندارد. علاوه بر این، میکروسکوپ الکترونی روبشی نیاز به پوشش نمونههای غیر رسانا دارد، در حالی که میکروسکوپ نیروی اتمی نیاز ندارد.
3. می توان از آن در طیف گسترده ای از کاربردها مانند مشاهده سطح، اندازه گیری اندازه، اندازه گیری زبری سطح، تجزیه و تحلیل اندازه ذرات، پردازش آماری برآمدگی ها و چاله ها، ارزیابی شرایط تشکیل فیلم، اندازه گیری مراحل اندازه لایه محافظ، صافی استفاده کرد. ارزیابی فیلم های عایق بین لایه ای، ارزیابی پوشش VCD، ارزیابی فرآیند اصطکاک فیلم جهت دار، آنالیز عیب و غیره.
4. این نرم افزار عملکردهای پردازشی قوی دارد و اندازه نمایش سه بعدی تصویر، زاویه دید، رنگ نمایش و براقیت آن را می توان آزادانه تنظیم کرد. و می تواند شبکه، خط کانتور، نمایش خط را انتخاب کند. مدیریت کلان پردازش تصویر، تجزیه و تحلیل شکل مقطع و زبری، تجزیه و تحلیل توپوگرافی و سایر عملکردها.
