اصل کار و کاربرد میکروسکوپ نیروی اتمی
میکروسکوپ نیروی اتمی یک میکروسکوپ کاوشگر روبشی است که بر اساس اصل اولیه میکروسکوپ تونل زنی روبشی ساخته شده است. پیدایش میکروسکوپ نیروی اتمی بدون شک نقش محرکی در توسعه فناوری نانو داشت. میکروسکوپ کاوشگر روبشی، که با میکروسکوپ نیروی اتمی نشان داده میشود، مجموعهای از میکروسکوپها است که از یک کاوشگر کوچک برای اسکن سطح نمونه استفاده میکنند و مشاهداتی با بزرگنمایی بالا ارائه میدهند. اسکن میکروسکوپ نیروی اتمی می تواند اطلاعات وضعیت سطح انواع مختلف نمونه ها را 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 صافی سطح)، بدون نیاز به موارد دیگر استفاده شود. فرآیندهای آماده سازی نمونه، برای به دست آوردن یک تصویر مورفولوژی سه بعدی از سطح نمونه. و می تواند محاسبه زبری، ضخامت، عرض گام، نمودار بلوک، یا تجزیه و تحلیل اندازه ذرات را بر روی تصاویر مورفولوژی سه بعدی به دست آمده از اسکن انجام دهد.
میکروسکوپ نیروی اتمی میتواند بسیاری از نمونهها را شناسایی کند و دادههایی را برای تحقیقات سطحی، کنترل تولید یا توسعه فرآیند ارائه دهد، که زبریسنجهای روبشی معمولی و میکروسکوپهای الکترونی نمیتوانند ارائه کنند.
اصول اولیه
میکروسکوپ نیروی اتمی از نیروی برهمکنش (نیروی اتمی) بین سطح نمونه و نوک یک کاوشگر ظریف برای اندازه گیری مورفولوژی سطح استفاده می کند.
نوک کاوشگر روی یک کنسول کوچک قرار دارد و برهمکنش ایجاد شده هنگام تماس پروب با سطح نمونه به شکل انحراف کنسول تشخیص داده می شود. فاصله بین سطح نمونه و پروب کمتر از 3-4 نانومتر است، و نیروی تشخیص داده شده بین آنها کمتر از 10-8 N است. نور دیود لیزر در پشت کنسول متمرکز می شود. هنگامی که کنسول تحت تأثیر نیرو خم می شود، نور بازتاب شده منحرف می شود و یک آشکارساز نوری حساس به موقعیت برای تشخیص زاویه انحراف استفاده می شود. سپس داده های جمع آوری شده توسط کامپیوتر پردازش می شود تا تصویری سه بعدی از سطح نمونه بدست آید.
یک کاوشگر کامل کنسول روی سطح نمونه که توسط یک اسکنر پیزوالکتریک کنترل میشود قرار میگیرد و در سه جهت با عرض پله 0.1 نانومتر یا با دقت کمتر اسکن میشود. به طور کلی، هنگام اسکن سطح نمونه با جزئیات (محور XY)، محور Z که توسط بازخورد جابجایی کنسول کنترل می شود، ثابت و بدون تغییر نگه داشته می شود. مقادیر محور Z که بازخورد پاسخ اسکن هستند، برای پردازش به رایانه وارد میشوند و در نتیجه یک تصویر مشاهده شده (تصویر سه بعدی) از سطح نمونه ایجاد میشود.
ویژگی های میکروسکوپ نیروی اتمی
1. قابلیت وضوح بالا بسیار بیشتر از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و زبری سنج نوری است. داده های سه بعدی روی سطح نمونه، نیازهای میکروسکوپی فزاینده تحقیق، تولید و بازرسی کیفیت را برآورده می کند.
2. غیر مخرب، نیروی برهمکنش بین پروب و سطح نمونه کمتر از 10-8N است، که بسیار کمتر از فشار زبری سنج های سنتی قلم است. بنابراین به نمونه آسیب نمی رساند و مشکل آسیب پرتو الکترونی در میکروسکوپ الکترونی روبشی وجود ندارد. علاوه بر این، میکروسکوپ الکترونی روبشی نیاز به عملیات پوششی روی نمونههای غیر رسانا دارد، در حالی که میکروسکوپ نیروی اتمی به آن نیاز ندارد.
3. دارای طیف گسترده ای از کاربردها است و می تواند برای مشاهده سطح، اندازه گیری اندازه، اندازه گیری زبری سطح، تجزیه و تحلیل اندازه ذرات، پردازش آماری برآمدگی ها و گودال ها، ارزیابی شرایط تشکیل فیلم، اندازه گیری مرحله اندازه لایه های محافظ، ارزیابی صافی از آن استفاده شود. فیلمهای عایق بین لایهای، ارزیابی پوشش VCD، ارزیابی فرآیند درمان اصطکاک فیلمهای جهتیافته، تجزیه و تحلیل عیب و غیره.
4. این نرم افزار دارای قابلیت های پردازش قوی است و نمایش تصویر سه بعدی آن می تواند آزادانه اندازه، پرسپکتیو، رنگ نمایش و براق بودن آن را تنظیم کند. و شبکه، خطوط کانتور، و نمایش خطوط را می توان انتخاب کرد. مدیریت کلان در پردازش تصویر، تجزیه و تحلیل شکل مقطع و زبری، تجزیه و تحلیل مورفولوژی و سایر عملکردها.
