Arbejdsprincippet og anvendelsen af atomkraftmikroskopi
Atomic force mikroskopi er et scanning probe mikroskop udviklet baseret på det grundlæggende princip om scanning tunneling mikroskopi. 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 prøven ved høj forstørrelse under atmosfæriske forhold og kan bruges til næsten alle prøver (med visse krav til overfladeglathed) uden behov for andre prøveforberedelsesprocesser for at opnå et tredimensionelt morfologibillede af prøveoverfladen. Og kan udføre ruhedsberegning, tykkelse, trinbredde, blokdiagram eller partikelstørrelsesanalyse på 3D-morfologibillederne opnået ved scanning.
Atomkraftmikroskopi kan detektere mange prøver og levere data til overfladeforskning, produktionskontrol eller procesudvikling, som konventionelle scanningsoverfladeruhedsmålere og elektronmikroskoper ikke kan levere.
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 cantilever, og den interaktion, der genereres, når sonden kommer i kontakt med prøvens overflade, detekteres i form af cantilever-afbøjning. Afstanden mellem prøveoverfladen og sonden er mindre end 3-4 nm, og den kraft, der detekteres mellem dem, er mindre end 10-8 N. Lyset fra laserdioden fokuseres på bagsiden af cantileveren. Når cantileveren bøjes under påvirkning af kraft, afbøjes det reflekterede lys, og en positionsfølsom fotodetektor bruges til at detektere afbøjningsvinklen. 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 nøjagtighed. Generelt, når prøveoverfladen scannes i detaljer (XY-aksen), holdes Z-aksen, der styres af forskydningsfeedbacken fra cantileveren, fast og uændret. Z-akseværdierne, som er feedback til scanningssvaret, indlæses i computeren til behandling, hvilket resulterer i et observeret billede (3D-billede) af prøveoverfladen.
Karakteristika ved atomkraftmikroskopi
1. Den høje opløsningsevne overstiger langt scanningselektronmikroskopi (SEM) og optiske ruhedsmålere. De tredimensionelle data på overfladen af prøven opfylder de stadig mere mikroskopiske krav til forskning, produktion og kvalitetsinspektion.
2. Ikke-destruktiv, interaktionskraften mellem sonden og prøveoverfladen er under 10-8N, hvilket er meget lavere end trykket fra traditionelle stylus-ruhedsmålere. Derfor vil det ikke beskadige prøven, og der er intet problem med elektronstråleskade ved scanningselektronmikroskopi. Derudover kræver scanningselektronmikroskopi belægningsbehandling på ikke-ledende prøver, mens atomkraftmikroskopi ikke kræver det.
3. Det har en bred vifte af applikationer og kan bruges til overfladeobservation, størrelsesmåling, overfladeruhedsmåling, partikelstørrelsesanalyse, statistisk behandling af fremspring og gruber, filmdannelsestilstandsevaluering, størrelsestrinmåling af beskyttende lag, planhedsevaluering af mellemlagsisoleringsfilm, VCD-belægningsevaluering, friktionsbehandlingsprocessevaluering af orienterede film, defektanalyse mv.
4. Softwaren har stærke behandlingsmuligheder, og dens 3D-billedvisning kan frit indstille dens størrelse, perspektiv, skærmfarve og glans. Og netværk, konturlinjer og linjevisninger kan vælges. Makrostyring i billedbehandling, analyse af tværsnitsform og ruhed, morfologianalyse og andre funktioner.
