Atomic Force-mikroskoper og deres anvendelser
Atomic force mikroskop er et scanning probe mikroskop udviklet baseret på de grundlæggende principper for scanning tunneling mikroskop. Fremkomsten af atomkraftmikroskopi spillede utvivlsomt en drivende rolle i udviklingen af nanoteknologi. Scanning sondemikroskopi, repræsenteret ved atomkraftmikroskopi, er en række mikroskoper, der bruger en lille sonde til at scanne overfladen af en prøve, hvilket giver observation med høj forstørrelse. Atomkraftmikroskopisk scanning kan give oplysninger om overfladetilstand for forskellige typer prøver. Sammenlignet med konventionelle mikroskoper er fordelen ved atomkraftmikroskopi, at den kan observere overfladen af prøver ved høj forstørrelse under atmosfæriske forhold og kan bruges til næsten alle prøver (med visse krav til overfladeglathed), uden behov for andre prøveforberedelsesbehandlinger, for at opnå tre-dimensionelle morfologibilleder af prøveoverfladen. Og den kan udføre ruhedsberegning, tykkelse, trinbredde, blokdiagram eller partikelstørrelsesanalyse på det tre-dimensionelle morfologibillede opnået ved scanning.
Atomkraftmikroskopi kan detektere mange prøver, levere data til overfladeforskning og produktionskontrol eller procesudvikling, som ikke kan leveres af konventionelle scanningsoverfladeruhedsmålere og elektronmikroskoper.
1, Grundlæggende principper
Atomkraftmikroskopi bruger interaktionskraften (atomkraften) mellem overfladen af en prøve og spidsen af en fin sonde til at måle overflademorfologien.
Probespidsen er på en lille fleksibel cantilever, og den interaktion, der genereres, når sonden kommer i kontakt med prøveoverfladen, detekteres i form af cantilever-afbøjning. Afstanden mellem prøveoverfladen og sonden er mindre end 3-4nm, og den detekterede kraft mellem dem er mindre end 10-8N. Lyset fra laserdioden fokuseres på bagsiden af cantileveren. Når cantileveren bøjer under påvirkning af kraft, afbøjes det reflekterede lys, og en positionsfølsom fotodetektor bruges til at afbøje vinklen. Derefter behandles de indsamlede data af en computer for at opnå et tredimensionelt billede af prøveoverfladen.
En komplet cantilever-sonde placeres på overfladen af prøven styret af en piezoelektrisk scanner og scannes i tre retninger med en trinbredde på 0,1 nm eller mindre i vandret nøjagtighed. Generelt, når prøveoverfladen scannes i detaljer (XY-aksen), forbliver Z--aksen, der styres af forskydningsfeedbacken fra cantileveren, fast og uændret. Z--akseværdierne, der giver feedback på scanningssvaret, indlæses i computeren til behandling, hvilket resulterer i et observationsbillede (3D-billede) af prøveoverfladen.
