Arbetsprincip och tillämpningar av Atomic Force Microscopy
Atomic force microscope är ett scanning-sondmikroskop utvecklat baserat på de grundläggande principerna för scanning tunnelmikroskop. Framväxten av atomkraftsmikroskopi spelade utan tvekan en drivande roll i utvecklingen av nanoteknik. Skanningsprobmikroskopi, 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 ytan på prover med hög förstoring under atmosfäriska förhållanden och kan användas för nästan alla prover (med vissa krav på ytjämnhet), utan behov av andra provberedningsbehandlingar, för att erhålla tredimensionella morfologibilder av provytan. Och den kan utföra grovhetsberäkning, tjocklek, stegbredd, blockdiagram eller partikelstorleksanalys på den tredimensionella morfologibilden som erhålls från skanning.
Atomkraftsmikroskopi kan upptäcka många prover, ge data för ytforskning och produktionskontroll eller processutveckling, vilket
kan inte tillhandahållas av konventionella mätare för svepande ytjämnhet och elektronmikroskop.
1, 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 flexibel konsol, och den interaktion som genereras när sonden kommer i kontakt med provytan detekteras i form av konsolavböjning. Avståndet mellan provytan och sonden är mindre än 3-4nm, och kraften som detekteras mellan dem är mindre än 10-8N. Ljuset från laserdioden fokuseras på baksidan av konsolen. När konsolen böjer sig under kraftpåverkan avleds det reflekterade ljuset och en lägeskänslig fotodetektor används för att avleda vinkeln. 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 horisontell noggrannhet. I allmänhet, när man skannar provytan i detalj (XY-axeln), förblir Z-axeln som styrs av förskjutningsåterkopplingen av fribäraren fast och oförändrad. Z-axelvärdena som ger feedback på skanningssvaret matas in i datorn för bearbetning, vilket resulterar i en observationsbild (3D-bild) av provytan.
Egenskaper för Atomic Force Microscopy
1. Högupplösningsförmågan överstiger vida den för svepelektronmikroskop (SEM) och optiska grovhetsmätare. De tredimensionella data på provets yta uppfyller de allt mer mikroskopiska kraven på forskning, produktion och kvalitetskontroll.
2. Icke-förstörande, 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 gör det.
3. Den har ett brett utbud av applikationer och kan användas för ytobservation, storleksmätning, ytjämnhetsmätning, partikelstorleksanalys, statistisk bearbetning av utsprång och gropar, utvärdering av filmbildningsförhållanden, storleksstegsmätning av skyddande lager, planhetsutvärdering av mellanskiktsisoleringsfilmer, VCD-beläggningsutvärdering av friktionsfilmer, värderingsprocessanalys av friktionsfilmer, värderingsprocessanalys.
4. Programvaran har starka bearbetningsmöjligheter, och dess 3D-bildvisningsstorlek, betraktningsvinkel, visningsfärg och glans kan ställas in fritt. Och nätverk, konturlinjer och linjevisningar kan väljas. Makrohantering av bildbehandling, analys av tvärsnittsform och grovhet, morfologianalys och andra funktioner.
