اصل کار و کاربردهای میکروسکوپ نیروی اتمی

اصل کار و کاربردهای میکروسکوپ نیروی اتمی

میکروسکوپ نیروی اتمی یک میکروسکوپ کاوشگر روبشی است که بر اساس اصول 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 نمونه‌ها را با بزرگنمایی بالا در شرایط جوی مشاهده کند و تقریباً برای همه نمونه‌ها (با شرایط خاصی برای صافی سطح)، بدون نیاز به سایر عملیات آماده‌سازی نمونه، برای به دست آوردن تصاویر مورفولوژی سه‌بعدی از سطح نمونه، استفاده شود. و می تواند محاسبه زبری، ضخامت، عرض گام، نمودار بلوک یا تجزیه و تحلیل اندازه ذرات را بر روی تصویر مورفولوژی سه بعدی به دست آمده از اسکن انجام دهد.

میکروسکوپ نیروی اتمی می‌تواند نمونه‌های زیادی را شناسایی کند، داده‌هایی را برای تحقیقات سطحی و کنترل تولید یا توسعه فرآیند فراهم کند، 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 و نوک یک کاوشگر ظریف برای اندازه گیری مورفولوژی سطح استفاده می کند.

نوک پروب روی یک کنسول انعطاف پذیر 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 10-8N است. نور حاصل از دیود لیزر در پشت کنسول متمرکز می شود. هنگامی که کنسول تحت تأثیر نیرو خم می شود، نور منعکس شده منحرف می شود و از یک آشکارساز نوری حساس به موقعیت برای انحراف زاویه 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 قرار می گیرد که توسط یک اسکنر پیزوالکتریک کنترل می شود و در سه جهت با عرض پله 0.1 نانومتر یا کمتر با دقت افقی اسکن می شود. به طور کلی، هنگام اسکن سطح نمونه با جزئیات (محور XY)، محور Z- که توسط بازخورد جابجایی کنسول کنترل می‌شود، ثابت و بدون تغییر باقی می‌ماند. مقادیر محور Z{4}} که بازخوردی را در پاسخ اسکن ارائه می‌دهند، برای پردازش به رایانه وارد می‌شوند و در نتیجه یک تصویر مشاهده‌ای (تصویر سه‌بعدی) از سطح نمونه ایجاد می‌شود.