Arbetsprincipen och tillämpningen av atomkraftsmikroskopi
Atomkraftsmikroskopi är ett scanning-sondmikroskop utvecklat baserat på grundprincipen för scanning tunnelmikroskopi. Framväxten av atomkraftsmikroskopi spelade utan tvekan en drivande roll i utvecklingen av nanoteknik. Skanningssondmikroskopi, representerad av atomkraftsmikroskopi, är en serie mikroskop som använder en liten sond för att skanna ytan på ett prov, vilket ger observation med hög förstoring. Atomkraftsmikroskopi kan ge information om yttillstånd för olika typer av prover. Jämfört med konventionella mikroskop är fördelen med atomkraftsmikroskopi att den kan observera provets yta med hög förstoring under atmosfäriska förhållanden, och kan användas för nästan alla prover (med vissa krav på ytjämnhet), utan behov av andra provberedningsprocesser, för att erhålla en tredimensionell morfologibild av provytan. Och kan utföra grovhetsberäkning, tjocklek, stegbredd, blockdiagram eller partikelstorleksanalys på 3D-morfologibilder som erhålls från skanning.
Atomkraftsmikroskopi kan upptäcka många prover och tillhandahålla data för ytforskning, produktionskontroll eller processutveckling, vilket konventionella mätare och elektronmikroskop inte kan tillhandahålla.
Grundläggande principer
Atomkraftsmikroskopi använder interaktionskraften (atomkraften) mellan ytan på ett prov och spetsen på en fin sond för att mäta ytmorfologin.
Sondspetsen är på en liten konsol, och den interaktion som genereras när sonden kommer i kontakt med ytan av provet detekteras i form av konsolavböjning. Avståndet mellan provytan och sonden är mindre än 3-4 nm, och kraften som detekteras mellan dem är mindre än 10-8 N. Ljuset från laserdioden fokuseras på baksidan av konsolen. När konsolen är böjd under kraftpåverkan avböjes det reflekterade ljuset och en lägeskänslig fotodetektor används för att detektera avböjningsvinkeln. Sedan bearbetas den insamlade datan av en dator för att erhålla en tredimensionell bild av provytan.
En komplett fribärande sond placeras på ytan av provet kontrollerad av en piezoelektrisk skanner och skannas i tre riktningar med en stegbredd på 0.1 nm eller mindre i noggrannhet. Generellt, när man skannar provytan i detalj (XY-axeln), hålls Z-axeln som styrs av förskjutningsåterkopplingen från konsolen fixerad och oförändrad. Z-axelvärdena, som är återkoppling till skanningssvaret, matas in i datorn för bearbetning, vilket resulterar i en observerad bild (3D-bild) av provytan.
Kännetecken för atomkraftsmikroskopi
1. Den höga upplösningsförmågan överstiger vida den för svepelektronmikroskopi (SEM) och optiska grovhetsmätare. De tredimensionella data på provets yta uppfyller de allt mer mikroskopiska kraven på forskning, produktion och kvalitetsinspektion.
2. Icke-destruktiv, samverkanskraften mellan sonden och provytan är under 10-8N, vilket är mycket lägre än trycket hos traditionella stylus-råhetsmätare. Därför kommer det inte att skada provet och det finns inget problem med elektronstråleskador vid svepelektronmikroskopi. Dessutom kräver svepelektronmikroskopi beläggningsbehandling på icke-ledande prover, medan atomkraftsmikroskopi inte kräver det.
3. Den har ett brett utbud av applikationer och kan användas för ytobservation, storleksmätning, ytråhetsmätning, partikelstorleksanalys, statistisk bearbetning av utsprång och gropar, utvärdering av filmbildningstillstånd, storleksstegsmätning av skyddande lager, planhetsutvärdering av mellanskiktsisoleringsfilmer, VCD-beläggningsutvärdering, friktionsbehandlingsprocessutvärdering av orienterade filmer, defektanalys, etc.
4. Programvaran har starka bearbetningsmöjligheter och dess 3D-bildvisning kan fritt ställa in storlek, perspektiv, skärmfärg och glans. Och nätverk, konturlinjer och linjevisningar kan väljas. Makrohantering inom bildbehandling, analys av tvärsnittsform och grovhet, morfologianalys och andra funktioner.
